Сегментная и страничная модели оперативной памяти (на платформе Intel ). Системные адресные регистры ЦП, таблицы дескрипторов сегментов.
Сегментная:
Память для программы делится на непрерывные области памяти, называемые сегментами.
Сегменты - это логические элементы программы.
Сама программа может обращаться только к данным, которые находятся в этих сегментах.
Сегмент представляет собой независимый, поддерживаемый на аппаратном уровне блок памяти.
Сегментация - механизм адресации, обеспечивающий существование нескольких независимых адресных пространств как в пределах одной задачи, так и в системе в целом для защиты задач от взаимного влияния.
Для микропроцессоров Intel принят особый подход к управлению памятью. Каждая программа в общем случае может состоять из любого количества сегментов, но непосредственный доступ она имеет только к 3 основным сегментам: кода, данных и стека и к дополнительным сегментам данных (всего 3).
Операционная система (! а не сама программа) размещает сегменты программы в ОП по определенным физическим адресам, а значения этих адресов записывает в определенные места, в зависимости от режима работы микропроцессора:
· в реальном режиме адреса помещаются непосредственно в сегментные регистры (cs, ds, ss, es, gs, fs);
· в защищенном режиме - в специальную системную дескрипторную таблицу (Элементом дескрипторной таблицы является дескриптор сегмента. Каждый сегмент имеет дескриптор сегмента -8 байт. Существует три дескрипторные таблицы. Адрес каждой таблицы записывается в специальный системный регистр).
|
|
|
Для доступа к данным внутри сегмента обращение производится относительно начала сегмента линейно, т.е. начиная с 0 и заканчивая адресом, равным размеру сегмента. Этот адрес называется смещением ( offset).
Таким образом, для обращения к конкретному физическому адресу ОП необходимо определить адрес начала сегмента и смещение внутри сегмента.
Физический адрес принято записывать парой этих значений, разделенных двоеточием
segment : offset
Например, 0040:001Ch; 0000:041Ch; 0020:021Ch; 0041:000Ch.
Каждый сегмент описывается дескриптором сегмента.
ОС строит для каждого исполняемого процесса соответствующую таблицу дескрипторов сегментов и при размещении каждого из сегментов в ОП или внешней памяти в дескрипторе отмечает его текущее местоположение (бит присутствия).
Дескриптор содержит поле адреса, с которого сегмент начинается и поле длины сегмента. Благодаря этому можно осуществлять контроль
1) размещения сегментов без наложения друг на друга
2) обращается ли код исполняющейся задачи за пределы текущего сегмента.
В дескрипторе содержатся также данные о правах доступа к сегменту (запрет на модификацию, можно ли его предоставлять другой задаче) Þ защита.
|
|
|
Достоинства:
1) общий объем виртуальной памяти превосходит объем физической памяти
2) возможность размещать в памяти как можно больше задач (до определенного предела) Þ увеличивает загрузку системы и более эффективно используются ресурсы системы
Недостатки:
1) увеличивается время на доступ к искомой ячейке памяти, т.к. должны вначале прочитать дескриптор сегмента, а потом уже, используя его данные, можно вычислить физический адрес (для уменьшения этих потерь используется кэширование - дескрипторы, с которыми работа идет в данный момент размещаются в сверхоперативной памяти - в специальных регистрах процессора);
2) фрагментация;
3) потери памяти на размещение дескрипторных таблиц
4) потери процессорного времени на обработку дескрипторных таблиц.
Страничная модель:
Это надстройка над сегментной моделью.
ОП делится на блоки фиксированного размера 4 Кб (должно быть число, кратное степени двойки, чтобы операции сложения можно было бы заменить на операции конкатенации).
Каждый такой блок называется страницей.
Их число 1.048.576 Þ 4 Гб адресуемой памяти.
Основное применение этой модели связано с организацией виртуальной памяти.
Для того, чтобы использовать для работы программ пространство памяти большее, чем объем физической памяти используется механизм виртуальной памяти.
|
|
|
Суть его заключается в том, что у микропроцессора существует возможность по обмену страницами памяти с жестким диском. В случае, если программа требует памяти больше, чем объем физической памяти, редко используемые страницы памяти записываются на жесткий диск в специальный файл виртуальной памяти (файл обмена, или страничный файл, или файл подкачки, чаще swap-файлом, подчеркивая, что страницы этого файла замещают друг друга в ОП).
Замечание. В некоторых ОС выгруженные страницы располагаются не в файле, а в специальном разделе диска, например, в ОС UNIX есть специальный раздел, но могут использоваться и файлы, если не достаточно объема раздела.
В настоящее время файл подкачки может динамически изменять свой размер в зависимости от потребностей системы.
Для i486 и Pentium размер возможной виртуальной памяти может достигать 4 Тб (терабайт).
Обратим внимание на то, что программа также разбивается на фрагменты - страницы. Все фрагменты программы одинаковой длины, кроме последней страницы.
Говорят, что память разбивается на физические страницы, а программа - на виртуальные страницы.
|
|
|
Трансляция (отображение) виртуального адресного пространства задачи на физическую память осуществляется с помощью таблицы страниц.
Для каждой текущей задачи создается таблица страниц.
Диспетчер памяти для каждой страницы формирует соответствующий дескриптор. Дескриптор содержит так называемый бит присутствия.
Если он = 1, это означает, что данная страница сейчас размещена в ОП.
Если он = 0, то страница расположена во внешней памяти.
Защита страничной памяти основана на контроле уровня доступа к каждой странице.
Каждая страница снабжается кодом уровня доступа (только чтение; чтение и запись; только выполнение). При работе со страницей сравнивается значение кода разрешенного уровня доступа с фактически требуемым. При несовпадении работа программы прерывается.
Страничная модель памяти поддерживается только в защищенном режиме работы микропроцессора.
Основное достоинство страничного способа распределения памяти -
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 182; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!