21. Многоуровневая организация виртуальной памяти. Поблочное отображение. Страницы и сегменты.

Поблочное отображение

Механизм динамического преобразования адресов должен вести таблицы, показывающие, какие ячейки виртуальной памяти в текущий момент времени находятся в реальной памяти и где именно они размещаются. Если бы такое отображение осуществлялось пословно или побайтно, то информация об отображении была бы столь велика, что для ее хранения потребовалось бы столько же или даже больше реальной памяти, чем для самих процессов. Поэтому, чтобы реализация виртуальной памяти имела смысл, необходим метод, позволяющий существенно сократить объем информации отображения.

Поскольку мы не можем идти на индивидуальное отображение элементов информации, мы группируем их в блоки, и система следит за тем, в каких местах реальной памяти размещаются различные блоки виртуальной памяти. Чем больше размер блока, тем меньшую долю емкости реальной памяти приходится затрачивать на хранение информации отображения.

Увеличение размера блоков приводит к уменьшению дополнительных затрат памяти для механизма отображения. Однако крупные блоки требуют большего времени на обмен между внешней и первичной памятью и с большей вероятностью ограничивают количество процессов, которые могут совместно использовать первичную память.

При реализации виртуальной памяти возникает вопрос о том, следует ли все блоки делать одинакового или разных размеров. Если блоки имеют одинаковый размер, они называются страницами, а соответствующая организация виртуальной памяти называется страничной. Если блоки могут быть различных размеров, они называются сегментами, а соответствующая организация виртуальной памяти называется сегментной. В некоторых системах оба этих подхода комбинируются, т. е. сегменты реализуются как объекты переменных размеров, формируемые из страниц фиксированного размера.

Адреса в системе поблочного отображения являются двухкомпонентными («двумерными»). Чтобы обратиться к конкретному элементу данных, программа указывает блок, в котором этот элемент располагается, и смещение этого элемента относительно начала блока (рис 9.6). Виртуальный адрес v указывается при помощи упорядоченной пары (b, d), где b — номер блока, в котором размещается соответствующий элемент, a d — смещение относительно начального адреса этого блока.

Многоуровневая организация основной памяти вычислительной системы, основанной на сочетании программных и аппаратных средств, позволяет значительно ослабить количественные ограничения на основную память. Основная память, моделируемая на внешней памяти (на магнитных дисках), называется виртуальной (в отличие от реальной). Объем виртуальной памяти может значительно превышать объем реальной памяти и ограничивается только размером адреса. Так, для 24-разрядного адреса можно обеспечить пространство виртуальной памяти до 16 Мбайт. В вычислительной системе может существовать либо одно виртуальное адресное пространство для системы и всех пользователей, либо много виртуальных адресных пространств.