Vitajte na [www.pocitac.win] Pripojiť k domovskej stránke Obľúbené stránky
1. Veľký virtuálny adresa:
* Schopnosť riešiť viac pamäte, ako je fyzicky dostupné: Primárnou výhodou je oveľa väčší virtuálny adresný priestor (2^48 bajtov alebo 256 TB) v porovnaní s fyzickým adresným priestorom (2^32 bajtov alebo 4 GB). To umožňuje procesy:
* Majte * ilúziu * mať viac pamäte, ako je v skutočnosti nainštalované v stroji.
* Prideľujte veľké dátové štruktúry a pamäťové oblasti bez toho, aby boli obmedzené fyzickými obmedzeniami RAM.
* Efektívnejšie používajte pamäť pomocou techník, ako je stránka dopytu.
* Zjednodušený správca pamäte pre aplikácie: Aplikácie môžu požadovať veľké bloky pamäte bez obáv z toho, či je k dispozícii susedná fyzická pamäť. Operačný systém spracováva preklad a pridelenie pomocou techník, ako je paging a výmena na zvládnutie rozdielu medzi virtuálnou a fyzickou pamäťou.
* Podpora veľkých súborov údajov: Aplikácie zaoberajúce sa rozsiahlymi množinami údajov (napr. Vedecké simulácie, databázy, úpravy videa) môžu ľahko zmapovať tieto súbory údajov do virtuálneho adresára bez toho, aby bolo potrebné neustále načítať a vykladať časti z disku ručne.
2. Vyžaduje sa preklad adresy (MMU):
* jednotka správy pamäte (MMU) je nevyhnutná: Pretože virtuálne adresy sa líšia od fyzických adries, je absolútne nevyhnutná jednotka správy pamäte (MMU). MMU prekladá virtuálne adresy generované CPU na fyzické adresy, ktoré je možné použiť na prístup k RAM.
* preklad režijných nákladov: Preklad adresy nie je zadarmo. Každý prístup pamäte vyžaduje, aby MMU vykonal preklad, ktorý predstavuje režijné náklady.
* tabuľky strán: MMU sa spolieha na dátové štruktúry nazývané tabuľky stránok na ukladanie mapovaní medzi virtuálnymi a fyzickými adresami. Tieto tabuľky stránok konzumujú pamäť sami a zvyšujú zložitosť správy pamäte operačného systému. Hierarchické tabuľky stránok, invertované tabuľky strán alebo iné schémy sa používajú na správu veľkosti tabuliek strán.
* TLB (Translation Lookaside Buffer): Na zmiernenie režijných nákladov na vyhľadávanie tabuľky stránok obsahuje MUS prekladací tlmivý roztok (TLB). TLB je vyrovnávacia pamäť, ktorá ukladá nedávno používané preklady virtuálnych a fyzických adries. Keď sa CPU pokúsi získať prístup k umiestneniu pamäte, MMU najskôr skontroluje TLB. Ak je preklad prítomný (hit TLB), fyzickú adresu je možné získať rýchlo. Ak preklad nie je prítomný (TLB Miss), MMU musí prejsť tabuľkou stránky, čo je oveľa pomalšie. Výkon TLB je rozhodujúci pre celkový výkon systému.
3. Paging a výmena:
* Dopyt Paging: OS môže implementovať stránkovanie dopytu, kde sa stránky virtuálnej pamäte načítajú do fyzickej pamäte iba vtedy, keď sú skutočne potrebné (prístup). To umožňuje systému spúšťať programy, ktoré sú väčšie ako dostupné RAM.
* Swapping: Ak sa fyzická pamäť stane vzácnou, OS môže vymeniť menej často používané stránky virtuálnej pamäte na disk. To oslobodzuje fyzickú pamäť pre iné procesy alebo pre aktívnejšie používané stránky. Výmena zavádza významné režijné výkony, pretože prístup k disku je omnoho pomalší ako prístup RAM.
* Algoritmy na výmenu stránky: OS musí zamestnávať algoritmy na výmenu stránky (napr. Najmenej nedávno použité - LRU, First -in -Out - FIFO), aby sa rozhodli, ktoré strany sa vymenia, keď je fyzická pamäť plná. Výber algoritmu môže výrazne ovplyvniť výkon.
4. Ochrana pamäte:
* Izolácia pamäte: Virtuálna pamäť poskytuje izoláciu pamäte medzi procesmi. Každý proces má svoj vlastný virtuálny adresný priestor a jeden proces nemôže priamo získať prístup k pamäť iného procesu (pokiaľ OS výslovne povoľuje prostredníctvom mechanizmov zdieľanej pamäte). To zvyšuje bezpečnosť a stabilitu systému.
* Ochranné bity: MMU môže tiež presadzovať ochranu pamäte priradením ochranných bitov s každou stránkou v tabuľke stránky. Tieto bity môžu špecifikovať, či je stránka iba na čítanie, čítanie alebo spustiteľná. Pomáha to predchádzať náhodným alebo zlomyseľne prepísaniu kritických systémových údajov alebo vykonávania kódu v chránených regiónoch.
5. Fragmentácia (vnútorná a vonkajšia):
* Interná fragmentácia: Ak sa pamäť prideľuje na stránkach s pevnou veľkou veľkosťou, môže na každej stránke dôjsť k zbytočnému priestoru, ak sú pridelené údaje menšie ako veľkosť stránky. Toto sa nazýva vnútorná fragmentácia.
* Externá fragmentácia: Aj keď sa na úrovni prideľovania výmenného priestoru na disk stále môže vyskytnúť viac problémov s virtuálnou pamäťou a stránkovaním.
6. Zložitosť:
* Zvýšená zložitosť OS: Správa virtuálnej pamäte dodáva operačnému systému značnú zložitosť. OS musí spracovať správu tabuľky strán, preklad adresy, spracovanie porúch stránky, výmeny a výmena stránok.
* ladiace výzvy: Problémy súvisiace s ladením pamäte môžu byť zložitejšie s virtuálnou pamäťou, pretože mapovanie medzi virtuálnymi a fyzickými adresami je potrebné zohľadniť.
Súhrnná tabuľka:
| Funkcia | Implikácia
| --- | --- |
| 48-bitová virtuálna adresa Veľký virtuálny adresný priestor (256 TB), umožňuje programom „myslieť“, že majú viac pamäte |
| 32-bitová fyzická adresa Fyzická pamäť je obmedzená na 4 GB
| MMU | Preklad pre preklad adresy, zavádza režijné náklady, ale zlepšuje správu pamäte |
| Paging/výmena Umožňuje prevádzkovanie programov väčšie ako RAM, dopyt po stránkovaní, výmenu na disk |
| Ochrana pamäte | Izolácia medzi procesmi, ochrannými bitami (čítanie/zápis/vykonávanie) |
| Fragmentácia Potenciál vnútornej fragmentácie na stránkach
| Zložitosť Zvýšená zložitosť OS, ladenie výziev
Na záver: Mať 48-bitové virtuálne adresné priestory a 32-bitové fyzické adresné priestory poskytuje významné výhody, pokiaľ ide o správu pamäte, podporu aplikácie a ochranu pamäte. Predstavuje však aj režijné náklady a zložitosť, ktorú musí operačný systém starostlivo spravovať. Kompromis sa vo všeobecnosti oplatí pre moderné systémy, pretože umožňuje efektívnejšie využívanie fyzickej pamäte a lepšiu podporu pri náročných aplikáciách.