Systemy operacyjne i sieci komputerowe

https://www.mimuw.edu.pl/~kubica/sop/wyklad8/wirtualna.jpg

Streszczenie

W niniejszym wykładzie zajmiemy się pamięcią wirtualną, tzn. mechanizmem systemu operacyjnego, który umożliwia wykonywanie procesów, mimo iż nie są one w całości przechowywane w pamięci. Pamięć wirtualna oznacza możliwość posługiwania się znacznie większą pamięcią niż fizyczna pamięć RAM. W tym wykładzie przyjrzymy się sposobom realizacji pamięci wirtualnej oraz poznamy strategie zarządzania nią. Omówimy pojęcia, takie jak stronicowanie na żądanie, wymiana stron, przydział ramek, szamotanie i zbiór roboczy.

Pamięć wirtualna

Pamięć wirtualna oznacza oddzielenie pamięci fizycznej od pamięci logicznej dostępnej użytkownikowi. U podstaw tej idei leży obserwacja, że w każdej chwili tylko część pamięci procesu musi znajdować się w pamięci operacyjnej komputera -- ta część, która akurat jest używana przez proces. Jest to możliwe dzięki temu, że procesy charakteryzują się lokalnością -- w konkretnej chwili proces nie potrzebuje całej przydzielonej mu pamięci, a jedynie jej część. Pamięć logiczna może być więc większa niż fizyczna, wystarczy że nie używane w danej chwili obszary pamięci logicznej zostaną przeniesione na pamięć drugorzędną, np. na dysk. Taka pamięć drugorzędna używana do "udawania" pamięci operacyjnej jest nazywana obszarem wymiany.

Adresy w pamięci wirtualnej są odwzorowywane na adresy pamięci fizycznej, jednak przestrzeń adresów logicznych może być większa niż przestrzeń adresów fizycznych. Konstrukcja MMU musi być rozszerzona tak, żeby było wiadomo, czy dany adres logiczny odpowiada adresowi fizycznemu i jakiemu, a jeżeli nie, to jakiemu miejscu w obszarze wymiany odpowiada.

Mechanizm pamięci wirtualnej stanowi rozszerzenie mechanizmów stronicowania lub segmentacji, omówionych w poprzednim wykładzie. Są to, odpowiednio, mechanizmy stronicowania na żądanie albo segmentacji na żądanie. W przypadku segmentacji na żądanie, tablica segmentów tłumaczy numer segmentu na spójny obszar w pamięci fizycznej lub w obszarze wymiany. W przypadku stronicowania na żądanie, tablica stron tłumaczy numery stron na numery ramek lub numery bloków dyskowych w obszarze wymiany. Stronicowanie na żądanie jest dużo bardziej elastyczne niż segmentacja na żądanie, dlatego też w praktyce wyparło segmentację na żądanie. W dalszej części wykładu ograniczymy się do stronicowania na żądanie.

Mechanizm pamięci wirtualnej umożliwia też współdzielenie przestrzeni adresowej przez wiele procesów, oraz pozwala efektywniej tworzyć procesy.