24.Организация виртуальной памяти. Свопинг. Динамическое преобразование адресов. Дескриптор страницы

24.Организация виртуальной памяти. Свопинг. Динамическое преобразование адресов. Дескриптор страницы

Виртуа́льная па́мять (англ. Virtual memory) — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств (англ.), и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище (см. Подкачка страниц).

При использовании виртуальной памяти упрощается программирование, так как программисту больше не нужно учитывать ограниченность памяти, или согласовывать использование памяти с другими приложениями. Для программы выглядит доступным и непрерывным все допустимое адресное пространство, вне зависимости от наличия в ЭВМ соответствующего объёма ОЗУ.

Применение механизма виртуальной памяти позволяет:

- упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением;

- рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти);

- изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).

Виртуальная память имеет сегментно-страничную организацию и реализована в иерархической системе памяти ЭВМ. Часть ее размещается в страничных блоках основной памяти, а часть - в ячейках внешней страничной памяти (slot). Внешняя страничная память является частью внешней памяти. Ячейка (слот) - это записываемая область во внешней страничной памяти (например, на жестком магнитном диске). Она того же размера, что и страница.

Вычислительная система с 24-разрядным адресом может иметь адресное пространство в 16 777 216 байт (16 Мбайт), с 32-разрядным адресом - 4 Гбайт. Структура такой памяти показана на рис.4.12.

Все программные страницы физически располагаются в ячейках внешней страничной памяти. Виртуальная же память существует только как продукт деятельности операционной системы (функционирующей на основе совместного использования внешней и страничной памяти).

Подкачка страниц (англ. Paging; иногда используется термин swapping от swap, /swɔp/) — один из механизмов виртуальной памяти, при котором отдельные фрагменты памяти (обычно неактивные) перемещаются из ОЗУ на жёсткий диск (или другой внешний накопитель, такой как Флеш-память), освобождая ОЗУ для загрузки других фрагментов памяти. Такими фрагментами в современных ЭВМ являются страницы памяти.

Временно выгруженные из памяти страницы могут сохраняться на внешних запоминающих устройствах как в файле, так и в специальном разделе на жёстком диске (partition), называемые соответственно swap-файл и swap-раздел. В случае откачки страниц, соответствующих содержимому какого-либо файла (например, memory-mapped files), они могут удаляться. При запросе такой страницы она может быть считана из оригинального файла.

Когда приложение обратится к откачанной странице, произойдет исключительная ситуация PageFault. Обработчик этого события должен проверить, была ли ранее откачана запрошенная страница, и, если она есть в свопе, загрузить ее обратно в память.

Динамическое преобразование адресов ( динамическая переадресация), выполняемое процессором, исключает необходимость назначать для программ фиксированные области реальной основной памяти, обеспечивает большую свободу при составлении программ, позволяя более эффективно и действенно использовать основную память.

Дескриптор, это способ идентификации объекта в системе.