Б №15 Багатосегментна модель

Віртуальний простір процесу розбивається на сегменти, які нумеруються від 0 до N-1.

Кількість сегментів і максимальний розмір сегменту обмежується апаратурою - розрядністю полів адресного слова. При виділенні процесу реальної пам'яті кожен сегмент розміщується в безперервній області реальної пам'яті, але сегменти, суміжні у віртуальній пам'яті, можуть потрапляти в несуміжні області пам'яті реальної. Тепер для процесу вже недостатньо одного дескриптора сегменту - він повинен мати таблицю таких дескрипторів у складі свого блоку контексту. Апаратний регістр дескриптора сегменту перетворюється на регістр адреси таблиці дескрипторів, він зберігає покажчик на таблицю дескрипторів активного процесу і перезавантажується при зміні активного процесу. Обчислення реальної адреси апаратурою декілька ускладнюється, як показано на рисунку 4.2:

• вибирається сегментна частина віртуальної адреси, вона служить індексом в таблиці дескрипторів; по індексу вибирається запис тієї таблиці, адреса якої знаходиться в регістрі адреси таблиці дескрипторів;

• вибраний запис є дескриптором сегменту, частина віртуальної адреси, відповідна зсуву, порівнюється з полем довжини в дескрипторі;

• якщо зсув в сегменті не перевищує його довжини, обчислюється реальна адреса як сума базової адреси з дескриптора сегменту і зсуву з віртуальної адреси.

Зразкова структура апаратного підтримуваного дескриптора сегменту приведена на рисунку 4.3. Підкреслюємо, що дана структура не є обов'язковою, для всієї комп'ютерної архітектури, ми привели лише найбільш поширений її варіант і використовували найбільш імена полів, що часто вживалися.

Рисунок 4.2 – Трансляція адрес. Багатосегментна модель

Допустима кількість сегментів визначається розрядністю відповідного поля віртуальної адреси і може бути вельми великим. Або апаратура повинна мати спеціальний регістр розміру таблиці дескрипторів (такий регістр є в Intel-Pentium), або ОС повинна готувати для процесу таблицю максимально можливого розміру, відзначаючи в ній дескриптори неіснуючих сегментів (наприклад, нульовим значенням поля size). Відзначимо, що для систем, що упаковують номер сегменту і зсув в одне адресне число, розрядність зсуву не є обмеженням на довжину віртуального сегменту. Віртуальний сегмент більшого розміру представляється в таблиці двома і більш обов'язково суміжними дескрипторами. З погляду процесу він звертається до одного сегменту, задаючи в нім великий зсув, на самій же справі переповнювання поля зсуву переноситься в полі номера сегменту. Якщо ж проста двійкова арифметика не забезпечує модифікацію номера сегменту, можливість роботи з великими сегментами може підтримуватися ОС шляхом особливої обробки переривання-пастки "захист пам'яті". Які переваги багатосегментної моделі пам'яті?

Найперша перевага полягає в тому, що у процесу з'являється можливість розмістити дані, що обробляються різним чином, в різних сегментах свого віртуального простору (так, в ОС Unix, наприклад, кожен процес має при початку виконання три сегменти: кодів, даних і стека). Кожному сегменту можуть бути визначені свої права доступу. Оскільки звернення до пам'яті можуть бути трьох видів: читання, запис і передача управління, то для опису прав доступу достатньо 3-бітового поля Read-Write-eXecute, кожен розряд якого визначає дозвіл один з видів доступу. Апаратні засоби більшості архітектури забезпечують контроль права доступу при трансляції адрес: поле прав доступу включається в дескриптор сегменту і, якщо вид звернення, що поступив, не дозволений, то виконується переривання-пастка "порушення доступу".

Інша важлива перевага багатосегментної моделі полягає в тому, що процес має можливість використовувати віртуальний адресний простір, розмір якого більший, ніж розмір доступної реальної пам'яті. Це досягається за рахунок того, що не обов'язково всі сегменти процесу повинні одночасно знаходитися в реальній пам'яті. Дескриптор кожного сегменту містить біт present, який встановлений в 1, якщо сегмент підкачаний в оперативну пам'ять, або в 0 - якщо сегмент витиснений з неї. Апаратура трансляції адрес перевіряє цей біт і при нульовому його значенні виконує переривання-пастку "відсутність сегменту" (segment falure). На відміну від більшості інших пасток, які в основному сигналізують про помилки, при яких подальше виконання процесу неможливе, ця не приводить до фатальних для процесу наслідків.

Надзвичайно важливою перевагою багатосегментної моделі є можливість розділення (сумісного використання) сегментів процесами. Процеси можуть бути розроблені так, щоб віртуальні простори два або більш за процеси перекривалися в якихось областях. Процеси можуть використовувати загальний віртуальний простір для обміну даними.