Виртуальная память
Идея виртуальной памяти далеко не нова. Сейчас многие полагают, что в основе этой идеи лежит необходимость обеспечения (при поддержке операционной системы) видимости практически неограниченной (32- или 64-разрядной) адресуемой пользовательской памяти при наличии основной памяти существенно меньших размеров. Конечно, этот аспект очень важен. Но также важно понимать, что виртуальная память поддерживалась и на компьютерах с 16-разрядной адресацией, в которых объем основной памяти зачастую существенно превышал 64 Кбайт. Можно вспомнить хотя бы 16-разрядный компьютер PDP-11/70, к которому можно было подключить до 2 Мбайт основной памяти. Другим примером может служить выдающаяся отечественная ЭВМ БЭСМ-6, в которой при 15-разрядной адресации 6-байтовых (48-разрядных) машинных слов объем основной памяти был доведен до 256 Кбайт. Операционные системы этих компьютеров, тем не менее, поддерживали виртуальную память, основным смыслом которой являлось обеспечение защиты пользовательских программ одной от другой и предоставление операционной системе возможности динамически гибко перераспределять основную память между одновременно поддерживаемыми пользовательскими процессами.
Традиционным решением было использование вспомогательной памяти и разделения программы на несколько частей, так называемых оверлеев, каждый из которых перемещался по мере надобности между основной и вспомогательной памятью. В дальнейшем этот метод развился в страничную организацию памяти, когда память разбивалась на блоки фиксированного объема – страницы. Именно они образовывали единое линейное пространство адресов и перемещались с диска на основную память. Однако и этот метод не вполне удовлетворил потребности программистов и эволюционировал в сегментную организацию памяти. Сегмент – область памяти определенного назначения, внутри которой поддерживается линейная адресация. В этом случае память представлялась блоками переменной длины (и большего размера, по отношению к страницам) – сегментами, иногда их называют параграфами что, на мой взгляд, больше отвечает существу дела.
Развитие этих способов организации вычислительного процесса привело к появлению смешенного метода, известного под названием сегментно–страничная организация памяти, о чем мы будем говорить более подробно ниже.
Таким образом, виртуальная память решает следующие задачи:
размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;
перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;
преобразует виртуальные адреса в физические.
CPU
Виртуальный адрес
MMU
Данные
(или команды)
Кэш
Физический адрес