Virtual xotira. Virtual xotira tushunchasi. Virtual xotiraning tashkil etilishi. Reja

1-rasm. Virtual manzilni jismoniy manzilga solishtirish
Virtual xotira tizimlari orasida ikkita sinfni ajratish mumkin: bloklangan o'lchamdagi tizimlar (sahifa tashkiloti) va o'zgaruvchan blok o'lchamiga ega tizimlar (segment tashkiloti). Odatda ikkala variant ham birlashtiriladi (segmentlangan sahifani tashkil qilish).

2. Virtual xotirani tashkil qilish
Sahifali tashkil qilish
2-rasmda disk xotirasini tashkillashtirish diagrammasi ko'rsatilgan. Har bir jarayonning virtual adres maydoni virtual sahifalar deb nomlangan ma'lum bir tizim uchun o'rnatiladigan bir xil o'lchamdagi qismlarga bo'linadi. Umuman olganda, virtual manzillar maydonining o'lchami sahifa o'lchamidan ko'p emas, shuning uchun har bir jarayonning oxirgi sahifasi dummy maydoni bilan to'ldiriladi.Mashinaning butun RAM qismi, shuningdek, jismoniy sahifalar (yoki bloklar) deb nomlangan bir xil o'lchamdagi qismlarga bo'linadi.Sahifa hajmi odatda ikkita kuchga teng tanlanadi: 512, 1024, va hokazo, bu bizga manzilni tarjima qilish mexanizmini soddalashtirishga imkon beradi. Jarayon yuklanganda, uning virtual sahifalarining bir qismi OXga, qolgan qismi esa diskka joylashtiriladi. Qo'shni virtual sahifalar qo'shni jismoniy sahifalarda bo'lishi shart emas. Yuklashda operatsion tizim har bir jarayon uchun axborot tuzilishini yaratadi - operativ xotiraga yuklangan sahifalar uchun virtual va fizik sahifalar raqamlari o'rtasida yozishmalar o'rnatilgan sahifa jadvali yoki virtual sahifa diskka tushirilganligi to'g'risida eslatma. Bundan tashqari virtual xotira mexanizmida foydalaniluvchi, sahifalar jadvalida nazorat qilish ma'lumotlari, masalan, sahifani o'zgartirish belgisi, yuklab olinmaydigan belgi (ba'zi sahifalarni tushirish taqiqlangan bo'lishi mumkin), sahifaga kirish belgisi (ma'lum vaqt davomida xitlar sonini hisoblash uchun ishlatiladi) va mexanizm tomonidan ishlab chiqarilgan va ishlatilgan boshqa ma'lumotlar mavjud bo'ladi.

2-rasm. Xotirani sahifali tashkil qilish
Keyingi jarayon faollashtirilganda, ushbu jarayonning sahifa jadvalining manzili maxsus protsessor registriga yuklanadi.
Xotiraga har bir kirish sahifadagi jadvaldan olingan virtual sahifa haqidagi ma'lumotlarni o'qiydi. Agar ushbu virtual sahifa RAMda bo'lsa, unda virtual manzil jismoniy holatga o'tkaziladi. Agar hozirda kerakli virtual sahifa diskka tushirilgan bo'lsa, u holda sahifani kesish deb ataladi. Ishlayotgan jarayon kutib turiladi va tayyor navbatdagi boshqa jarayon faollashadi. Shu bilan birga, sahifani kesish bilan ishlov berish dasturi kerakli virtual sahifani diskdan topadi va uni RAMga yuklashga harakat qiladi. Agar xotirada bo'sh jismoniy sahifa bo'lsa, u holda yuklash darhol amalga oshiriladi, lekin agar bo'sh sahifalar bo'lmasa, asosiy xotiradan qaysi sahifani olib tashlash kerakligi haqida savol tug'iladi.
Bunday vaziyatda juda ko'p turli xil tanlov mezonlaridan foydalanish mumkin, ularning eng mashhurlari quyidagilar:
• eng uzun ishlatilmagan sahifa,
• paydo bo'lgan birinchi sahifa,
• kamida tashrif buyurilgan sahifa.
Ba'zi tizimlar ishlaydigan sahifalar to'plamining kontseptsiyasidan foydalanadi. Ishchi to'plam har bir jarayon uchun aniqlanadi va eng tez-tez ishlatiladigan sahifalar ro'yxati bo'lib, ular doimo RAMda bo'lishi kerak, shuning uchun tushirishga to'g'ri kelmaydi.
RAMni tark etishi kerak bo'lgan sahifa tanlanganidan so'ng, uning o'zgartirish belgisi tahlil qilinadi (sahifa jadvalidan). Agar chiqarilgan sahifa yuklangandan keyin o'zgartirilgan bo'lsa, unda uning yangi versiyasi diskka qayta yozilishi kerak. Agar yo'q bo'lsa, u shunchaki yo'q qilinishi mumkin, ya'ni tegishli jismoniy sahifa bepul e'lon qilinadi.
Plaginli xotira tashkil etilishi bilan virtual manzilni jismoniy manzilga aylantirish mexanizmini ko'rib chiqing (3-rasm).
Sahifalar uchun virtual manzil juftlik (p, s) shaklida berilishi mumkin, bu erda p - jarayonning virtual sahifasining raqami (sahifa raqamlanishi 0 dan boshlanadi) va s - bu virtual sahifadagi ofset. Sahifaning o'lchamlari k darajadagi 2 ga tengligini hisobga olsak, sintaksisni virtual manzilning ikkilik kiritilishida k ahamiyatli bo'laklarni ajratish orqali olish mumkin. Qolgan yuqori tartibli bitlar bu p raqami uchun ikkilik nota.

3-rasm. Xotirani sahifali tashkil qilisjda virtual manzilni fizik manzilga aylantirish mexanizmi
Har safar xotiraga apparat orqali kirishda quyidagi harakatlar amalga oshiriladi:
1. sahifa jadvalining boshlang'ich manzili (sahifa jadvalining manzili registr registrining mazmuni), virtual sahifaning raqami (virtual manzilning yuqori satrlari) va sahifalar jadvalidagi kirish uzunligi (tizim doimiy) asosida jadvalda kerakli yozuvning manzili aniqlanadi,
2. jismoniy varaq raqami ushbu yozuvdan olingan,
3. Jismoniy sahifaning raqamiga ofset ilova qilinadi (virtual manzilning ahamiyatsiz qismi).
Sahifa o'lchamining 2-darajaga teng ekanligi (3) bandidan foydalanish bizga qo'shimcha manzilni olish vaqtini kamaytiradigan va shu sababli kompyuterning ishlashini yaxshilaydigan qo'shimcha qo'shimcha operatsiya o'rniga bog'lash (biriktirish) operatsiyasidan foydalanish imkonini beradi.
Peyj-xotirali tizimning ishlashiga peyj uzilishlarini qayta ishlash va virtual manzilni jismoniy manzilga aylantirish bilan bog'liq vaqt xarajatlari ta'sir qiladi. Tez-tez yuz beradigan sahifalarda uzilishlar yuzaga kelganda, tizim ko'p vaqtni almashtirishga sarflaydi. Sahifalardagi uzilishlar chastotasini kamaytirish uchun siz sahifaning hajmini oshirishingiz kerak. Bundan tashqari, sahifaning hajmini oshirish sahifa jadvalining hajmini kamaytiradi va shuning uchun xotira xarajatlarini kamaytiradi. Boshqa tomondan, agar sahifa katta bo'lsa, unda har bir dasturning so'nggi virtual sahifasidagi dummy maydoni ham katta. O'rtacha har bir dasturda sahifa hajmining yarmi yo'qoladi, bu katta hajmdagi sahifalar uchun ahamiyatli bo'lishi mumkin. Virtual manzilni jismoniy manzilga aylantirish vaqti, asosan, sahifalar jadvaliga kirish vaqtiga bog'liq. Shu munosabat bilan ular sahifalar jadvalini "tezkor" saqlash moslamalariga joylashtirishga harakat qilishadi. Bu, masalan, kirish vaqtini qisqartirish uchun assotsiativ qidirish va keshlashdan foydalanadigan maxsus registrlar yoki xotiralar to'plami bo'lishi mumkin.

Sahifalarni xotiraga joylashtirish soddalashtirilgan shaklda, sahifalarni diskka yuklamasdan amalga oshirilishi mumkin. Bunday holda, barcha jarayonlarning barcha virtual sahifalari doimiy ravishda RAMda bo'ladi. Sahifalarni tashkil etishning ushbu varianti foydalanuvchiga virtual xotirani taqdim etmasa ham, dasturni qo'shni bo'lmagan joylarga yuklash mumkinligi va shuningdek, virtual sahifalarni yuklashda qoldiqlar hosil bo'lmasligi sababli parchalanishni deyarli yo'q qiladi.