50.11. АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО И ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ

 
  THIS SECTION IS UNDER CONSTRUCTION  
 


		Адресное пространство
		 /  		\
	    сплошное            сегментированное

	+-----------+		+-------------+
	|	    |		|	      |
	|	    |		|+-----------+|+< -------+
	|	    |		|| окно	     |||         |
	|	    |		||	     |||         |
	|	    |< --+	||	     ||+< --+    |
	|	    |    |	||	     ||     |    |
	|	    |    |	|+-----------+|     |    |
	|	    |    |	|	      |     |    |
	|	    |    |	|	      |     |    |
	+-----------+    |	+-------------+     |    |
	                 |                          |    |
	+-----------+    | 	+-----+-------+     |    |
	|  Offset   |----+      | Seg | Offset|-----+    |
	+-----------+           +-----+-------+          |
				   |                     |
				   +---------------------+

  


  





Виртуальная память:

Зачем нужна виртуальная память?
Память, деньги и время - ресурсы которых не бывает много.
Виртуальная память помогает создать иллюзию для прикладных что памяти много,
а на самом деле эта дополнительная память находится на диске или где то еще
и при необходимости считывается/записывается оттуда.
Как правило виртуальная память организуется страницами фиксированного
размера, хотя может организовыватся и сегментами.


         VIRTUAL			  PHYSICAL 
 	+-----------+			+-----------+
	|	    |----------+	|	    |
	+-----------+          |        +-----------+
	|           |       +--=------->|	    |
	+-----------+       |  |        +-----------+
	|	    |       |  +------->|	    |
	+-----------+	    |		+-----------+
	|	    |-------+
	+-----------+
	|	    |------> NOT PRESENT
	+-----------+
	|	    |
	+-----------+
	|	    |
	+-----------+

Если идет обращение к странице, а страница не присутствует в памяти,
то возникает аппаратное внутрипроцессорное прерывание-исключение (exception),
управление передается операционной системе, которая загружает эту страницу,
ставит ей флаг, что она присутствует в памяти и перезапускает инструкцию
которая вызвала исключение.


  


Direct-Mapped Paging:
  


Associative Paging:
  


Set Associative Paging:
  



Рассмотрим виртуальную память на 386 процессоре:
	

		     10 bit	     10 bit	     12 bit	
		+---------------+-------------+-----------------+
		|     DIR	|    PAGE     |    OFFSET       |
		+---------------+-------------+-----------------+
		      |	                 |                  |
 +----------+         |                  |                  |
 |    CR3   |         V                  |                  |
 +----------+        INDEX in            |                  |
	|                                |                  |
	|	PDT (Pages               |                  +---------+
	|       Directory Table)         V                            |
	\---->+----------------+        INDEX in                      |
	      |	   ....        |                                      |
	      +----------------+         PT (Pages Table)             |
	      |    PT desc.    |------>+-------------------+          V
	      +----------------+       |      ......       |      OFFSET in page
	      |    ....        |       +-------------------+
	      +----------------+       |    Page desc.     | ---> +-----------+		
	      |	 	       |       +-------------------+	  | Page in   |
	      |		       |       |       .....       |      | memory 4K |
	      |		       |       +-------------------+      +-----------+
              +----------------+     

Память организована в виде страниц размером 4K.
Системный регистр CR3 процессора указывает на таблицу директории страниц.
Каждый вход в этой таблице указывает на таблицу страниц.
А каждый вход в таблице страниц указывает на страницу в памяти.

Типичные аттрибиты страниц в таблицах страниц:

	o Существует/не существует
	о Присутствует в физической памяти
	o Была ли модифицированна
	o Разрешено ли чтение/запись/выполнение
	о Можно ли cachировать и как
	o Уровень доступа (пользователь/система)

  




  
  TLB 
 


Операция вычисления физического адресса по виртуальному занимает очень
много времени (2 обращения к памяти на 386). 
Что бы повысить производительность используется TLB 
(Translation Lookahead Buffer) - это типа cache но не для данных, а для
адрессов страниц.

  


  



TLB имеет структуру такую же как cache.
В качестве Tag - используется часть виртуального адресса страницы,
в качестве данных - используется физический адресс страницы.

  


Собственно процессор не обязан работать с таблицами страниц аппаратно
Некоторые архитектуры (Alpha) на Page Fault вызывают exception, а
операционная система сама ходит по таблицам и результат записывает через
специальные системные регистры в TLB.

Полный цикл доступа к памяти: