3.6. Сегментно-страничная модель

Из предыдущего изложения должно быть ясно, что сегментная модель памяти ориентирована в большей степени на программиста, а страничная – на ОС. Программисту удобно компоновать команды и данные своего процесса в блоки переменной длины (сегменты). ОС же удобнее управлять памятью, разбитой на блоки постоянной длины (страницы). Естественным путем развития моделей памяти явилось объединение достоинств этих двух моделей в одной – сегментно-страничной.

Виртуальный адрес теперь состоит из трех частей: номера сегмента, номера страницы в сегменте и смещения в странице. Аппарат трансляции адресов, представленный на рисунке 3.8, по крайней мере трехшаговый:

• регистр адреса дескриптора указывает на таблицу сегментов, из нее выбирается дескриптор сегмента, а из последнего – адрес таблицы страниц;

• из таблицы страниц выбирается дескриптор страницы, а из него номер страничного кадра;

• реальный адрес получается сложением базового адреса страничного кадра со смещением в странице.

Рисунок 3.8 Трансляция адресов. Cегментно-страничная модель

Такой аппарат трансляции адресов поддерживается во многих современных процессорных архитектурах. Иногда алгоритм вычисления адреса состоит и из большего числа шагов. Серьезным недостатком этой модели является многоступенчатость трансляции адресов. Эта проблема решается на аппаратном уровне путем применения сверхбыстродействующей (обычно ассоциативной) памяти для хранения части таблиц.

Поскольку в модели, приведенной на рисунке 3.8, каждый сегмент имеет собственную таблицу страниц, сами таблицы страниц могут занимать значительный объем в памяти. Простейшее решение этой проблемы представляет Windows 3.x: в системе существует единственная таблица страниц. Сегментная часть трансляции адреса имеет, таким образом, на выходе адрес в общем для всех процессов виртуальном страничном пространстве, объем которого превышает объем реальной памяти не более, чем в 4 раза. Подобное же, хотя и более гибкое и защищенное решение, представляет VSE: система обеспечивает общий объем виртуальной памяти (до 2 Гбайт), который разбивается на разделы (до 12 статических и до 200 динамических), суммарный объем адресных пространств всех разделов не превышает общего объема виртуальной памяти. Простота решения, однако, может существенно сказываться на его эффективности: во-первых, из-за ограничений на размер виртуальной памяти, во-вторых, из-за необходимости выделять смежные дескрипторы в таблице страниц для страниц, смежных в виртуальной памяти. Поэтому действительно многозадачные системы применяют множественные таблицы страниц и включают память, занимаемую таблицами страниц, в страничный обмен. Вытеснение и загрузка частных таблиц страниц производится либо исключительно самой ОС (Unix), либо ОС использует для этого имеющиеся аппаратные средства (так, ОС, ориентированные на Intel-Pentium, используют каталоги страниц).

С точки зрения программиста, он имеет дело с сегментами, API управления памятью – такой же, как и в сегментной модели. Страничная часть адресации для процессов совершенно прозрачна, но зато эта часть используется ОС для эффективной организации свопинга.