E.2. Страничная организация памяти. Виртуальная память.

Основное применение страничного преобразования адреса - организация виртуальной памяти. Виртуальная память позволяет использовать программам, больший объем памяти, чем установленный на компьютере физический объем памяти. Остальная информация может быть сброшена на внешний носитель.

Управление страничным разбиением памяти обычно возлагается на специальную микросхему MMU (Memory Managment Unit - устройство управления памятью). В микропроцессоре i80486 и выше это устройство встроено в процессор.

Как и сегментация, страничная организация памяти связана с преобразованием виртуального адреса (в данном случае линейного) в физический. В страничном преобразовании базовым объектом памяти является блок фиксированного размера, называемый страницей (page). Размер страницы - 4 Кбайт.

E.2.1. Структура страниц.

При разрешенном страничном преобразовании физическая память компьютера разбивается на страницы. Иногда страницы называют страничными кадрами - page frame, - размером ; Кбайт. Поскольку часть страниц находится вне физической памяти, предусмотрен механизм замены страниц по требованию. Это позволяет программам использовать для своих нужд все линейное адресное пространство, не заботясь о том, занята ли физическая память другими процессами.

Границы сегментов и страниц могут не совпадать. Однако желательно, для повышения производительности системы, выравнивать границы сегментов на границы страничного кадра.

В отличие от сегмента, для страниц есть только два уровня привилегий: пользовательский (User) и супервизора (Supervisor). Пользовательский уровень привилегий соответствует уровню 3 для сегмента, а уровень супервизора - уровням привилегий сегмента 0, 1 и 2.

E.2.2. Формирование адреса при страниvчном преобразовании.

Рис. E.5. Страничная организация памяти.

В процессе страничного преобразования старшие 20 бит 32-х битного линейного адреса заменяются новым значением - номером физической страницы. Младшие же 12 бит линейного адреса определяют положение байта внутри страницы и остаются неизменными.

Для уменьшения размера таблицы страниц в микропроцессорах x86 предусмотрена двухуровневая схема преобразования адреса. Основой страничного преобразования служит регистр управления CR3, содержащий 20-ти битный физический базовый адрес каталога страниц текущей задачи. Предполагается, что каталог выровнен по границе страничного кадра, постоянно находится в памяти и не участвует в свопинге.

Корневая страница, называемая каталогом страниц, содержит 1024 32-х битных дескриптора, называемых элементами каталога страниц PDE (Page Directory Entry). Каждый из них адресует подчиненную таблицу страниц. Каждая из этих таблиц содержит 1024 32-х битных дескриптора, называемая элементами таблицы страниц. PTE (Page Table Entry). Каждый PTE содержит адрес страничного кадра в физической памяти.

Собственно преобразование линейных адресов в физические состоит из следующих действий:

- Старшие 10 бит 31 - 22 линейного адреса, дополненные двумя младшими нулями, служат индексом PDE.

- Средние 10 бит 21 - 12 линейного адреса, дополненные двумя младшими нулями, индексируют таблицу страниц PTE. Элемент PTE содержит 20-битный базовый адрес страничного кадра в физической памяти.

Этот базовый адрес из элемента PTE объединяется с младшими 12-ю битами линейного адреса, образуя 32-х битный физический адрес. Пояснение - смотри рисунок E.6.

В элементе таблицы страниц существует бит неприсутствующей страницы. Он означает, что указанной странице нет в памяти и ее необходимо загрузить с внешнего устройства. Также существуют биты, указывающие, происходит ли обращение к страницам. Эти страницы невозможно выгрузить из памяти.

Назад | Содержание | Вперед