6.1.4. Размер страниц и фрагментация

Обычно программа не занимает целое число страниц. На последней ее странице остается неиспользованное пространство. С другой стороны, при работе с динамической памятью могут запрашиваться блоки различной длины, что также не способствует плотному заполнению памяти. Эта проблема называется внутренней фрагментацией (неисполь­зуемое пространство является внутренним по отношению к странице).

При размере страницы в n байтов среднее неиспользованное про­странство в последних страницах составляет n/2 байтов. С этой точки зрения выгоднее использовать страницы небольшого размера. Более того, рабочее множество будет состоять из большего количества страниц. В этом случае оно может охватить большее количество несвязанных областей, что снижает вероятность пробуксовки.

С другой стороны, при маленьком размере потребуется много страниц и большая таблица страниц. Этот факт увеличивает расходы ресурсов компьютера. Кроме того, при большом количестве страниц увеличивается частота обращений к диску.

Таким образом, существует проблема компромисса при выборе размера страницы виртуальной памяти.

6.1.5. Сегментация

До сих пор речь шла об одномерной виртуальной памяти, в которой виртуаль­ные адреса имеют линейную структуру. Однако по ряду причин удобнее использовать два или более отдельных вирту­альных адресных пространств. Например, компилятор может иметь несколько временных таблиц, которые создаются в процессе компиляции и непредсказуемо меняют свою величину. Если создавать их в смежных областях, то переполнение одной может вызывать перераспределение большинства из них. Наличие нескольких адресных пространств позволяет эффективнее использовать память. С другой стороны, удобно помещать программу и данные в различные адресные пространства, т. к. страницы области программы обычно не модифицируются и их не нужно при удалении записывать на диск. Применение нескольких адресных пространств помогает также реализовать многозадачность.

Несколько независимых виртуальных адресных пространств называются сегментами. Каждый сегмент состоит из линейной последо­вательности адресов. Длина каждого сегмента мо­жет быть произвольной. Более того, длина сег­мента может меняться во время выполнения программы. Разные сегменты могут увеличиваться или уменьшаться не влияя друг на друга. Так если стеку в определенном сегменте понадобится больше адресного пространства, он может получить его без проблем. Таким образом, память становится двумерной. Чтобы определить адрес, программа должна вы­давать номер сегмента и адрес внутри сегмента.

В отличие от страницы, сегмент является логическим элементом, о котором программист знает и может использовать (по крайней мере, на ассемблере). Дополнительный сегмент может содержать процедуру, массив, стек или ряд скалярных переменных, обычно в него входит только один тип данных.

Если каждая процедура занимает отдельный сегмент, в котором первый адрес = 0, то компоновка отдельно компилируемых процедур существенно упрощается. При изменении и перекомпиляции процедур другие менять не нужно даже на этапе редактирования связей, т.к. точки входа не меняются. Этот же принцип облегчает разделение общих процедур или данных между несколь­кими параллельными программами.

Разные сегменты виртуальной памяти могут иметь разные виды защиты. Например, сегмент с про­цедурой можно определить как “только для выполнения”, запретив тем самым не только запись, но и считывание из него. Для массива данных разрешается только чтение и запись, но не выполнение и т. д. Такая защита помогает об­наружить ошибки в программе.