Методы структуризации виртуального адресного пространства

Большинство систем виртуальной памяти используют технику, называемую страничной организацией памяти. Любой процесс, реализуемый в компьютере, может обратиться к множеству адресов в памяти. Адреса могут формироваться с ис­пользованием индексации, базовых регистров, сегментных регистров и другими путя­ми. Эти программно формируемые адреса, называемые виртуальными адресами, фор­мируют виртуальное адресное пространство. На компьютерах без виртуальной памяти виртуальные адреса подаются непосредственно на шину памяти и вызывают для чтения или записи слово в физической памяти с тем же самым адресом.

Когда используется виртуальная память, виртуальные адреса не передаются напрямую шиной памяти. Вместо этого они передаются диспетчеру памяти (MMU - Memory Management Unit), который отображает виртуальные адреса на физические адреса памяти. Все имеющееся в настоящее время множество реализаций виртуальной памяти раз­личается в основном способом структуризации виртуального адресного пространства.

Сам термин виртуальная память ассоциируется с системами, использующими страничную организацию. Впервые сообщение о виртуальной памяти на основе страничной орга­низации появилось в 1962 году и вскоре после этого виртуальная память стала широко использоваться в коммерческих системах.

В настоящее время выделяют три метода реализации виртуальной памяти:

1. Страничная виртуальная память организует перемещение данных между основной памятью и диском страницами - частями виртуального адресного пространства фиксированного и сравнительно небольшого размера.

2. Сегментная виртуальная память предусматривает перемещение данных сегментами - частями виртуального адресного пространства произвольного разме­ра, полученными с учетом смыслового значения данных.

3. Сегментно-страничная виртуальная память использует двухуровневое деление: виртуальное адресное пространство делится на сегменты, а затем сегменты делятся на страницы. Единицей перемещения данных является страница.

Для временного хранения сегментов и страниц на диске отводится специальная область, либо специальный файл (страничный файл или файл подкачки - paging file). Текущий раз­мер страничного файла является важным параметром, оказывающим влияние на возможнос­ти операционной системы: чем больше страничный файл, тем больше приложений может од­новременно выполнять ОС (при фиксированном размере оперативной памяти). Однако не­обходимо понимать, что увеличение числа одновременно работающих приложений за счет увеличения размера страничного файла замедляет их работу, так как значительная часть вре­мени при этом тратится на перемещение данных на диск и обратно.

Размер страничного файла в современных ОС является настраиваемым парамет­ром, который выбирается администратором системы для достижения компромисса между уровнем программирования и быстродействием системы.