Шина памяти. Часть6. Работа процессора с памятью

Первое, что сразу бросается в глаза – без диска (без хранилища вытесненных страниц) эта схема не работает вообще. Где-то нужно иметь этот самый "файл подкачки". Второе – объём реального ОЗУ влияет на быстродействие машины, поскольку чем он больше, тем реже приходится обращаться к загрузке страниц. А вот объём действительно доступной памяти уже не определяется ОЗУ – он определяется именно объёмом "файла подкачки". И может быть сделан хоть на весь доступный диапазон адресов - 4 Гб для 32-хразрядного адреса. Именно это обычно и называется "механизм виртуальной памяти".

Но то, что приведено выше – только принципиальная схема. Действительность ещё сложнее – поскольку современные процессоры изначально ориентированы на "многозадачность" к схеме виртуальной памяти предъявляется и ещё одно требование – разные процессы должны обладать разными "адресными пространствами", т.е. схема адресации физической памяти должна быть такой, чтобы ни при каких обстоятельствах один процесс не мог адресовать память, принадлежащую другому процессу. Хочется подчеркнуть – это требование не вытекает из требований ни к машине, ни к памяти, ни вообще к аппаратной части. Оно вытекает из существующей технологии создания надёжных программ, а машина – должна поддерживать его. Модель такой памяти предполагает, что один и тот же логический адрес со значением X , но порождённый в разных процессах, должен приводить на разные страницы физической памяти. Такой режим адресации процессора носит название "режима защищенного адреса", так что полное название режима в котором процессор может делать всё вышеупомянутое звучит как "режим защищённого виртуального адреса" - именно он и есть основной рабочий режим процессора под управлением современных операционных систем.

Поэтому нарисованная на рисунке схема усложняется. В блоке преобразования адреса (фактически, конечно, это хранится в некоторой статически распределённой области ОЗУ , той, которая никогда не участвует в страничном обмене) имеется не вообще одна таблица преобразования страничного адреса, а – ещё по одной таблице на процесс, в которых отмечается, какие страницы каким процессам принадлежат. И при переключении процессов эти таблицы в блоке преобразования адреса тоже переключаются. Фактически преобразование адреса и поиск нужной страницы происходят в два этапа – сначала выясняется является ли для данного процесса адресуемой запрашиваемая страница, а потом – где именно она расположена. Делается это аппаратно и элементы процессора, которые выполняют это сложное преобразование оптимизированы настолько, что физический адрес байта преобразователь вычисляет чуть ли не за такт до того, как получит себе на вход логический адрес подлежащий преобразованию. Так что вся эта сложность не приводит к уменьшению абстрактного быстродействия машины. Хотя, конечно, машина с виртуальной памятью в среднем работает медленнее, чем аналогичная машина с памятью исключительно реальной – на страничный обмен тратится время, которое недополучает исполняющаяся "программа пользователя".

Сказанное выше есть только близкая к реальному воплощению в существующих процессорах принципиальная схема, так как нельзя охватить сразу все. Более подробное и точное знание о том, как функционирует обозначенный механизм нужно немногим программистам, а они его знают и так, а для нас вполне хватит и такого обьема информации.