0: Лекция 11 таблицы страниц для работы со страничными блоками и виртуальными страницами используется таблица страниц у различных операционных систем, формат записи можт.

1: Различаться. Рассмотрим наиболее общую информацию, которая размещается в таблице страниц. Размер 1 записи также может различаться, но достаточно часто он составляет 32 бита.

2: Рассмотрим значение полей справа налево.

3: Номер страничного блока это наиболее важное поле. Цель страничного отображения состоит в выдаче этого значения. Этот номер указывает на местонахождение страничного блока в оперативной

4: Адрес страницы на диске, где хранится сама страница, в таблице страниц не указывается.

5: Причина в этом случае достаточно простая в таблице страниц содержится только та информация, которая нужна оборудованию, чтобы перевести виртуальный адрес, физический, информация, необходимая операционной системе для обрабо.

6: Ошибок отсутствия страницы содержится в таблицах программного обеспечения внутри операционной системы, оборудование в них не нуждается.

7: Следующим по значимости является бит присутствия отсутствия. Если он установлен в значение 1 to запись имеет смысл и может быть использована, то есть страница находится в оперативной памяти а.

8: Если он установлен в значении 0, то виртуальная страница, которой принадлежит эта запись, в данный момент в оперативной памяти отсутствует обращение к записи таблицы страниц, у которой этот бит.

9: Установлен в 0, вызовет ошибку отсутствия страницы.

10: Биты защиты сообщают о том, какого рода доступ разрешён в простейшей форме это поле состоит из 1 бита со значением 0 для чтения и записи либо значением.

11: Единица только для чтения, при более сложном устройстве имеется 3 бита по 1 для разрешения чтения, записи и исполнения страницы эти 3 бита называ.

12: A double x битами если бит имеет значение единица, то данная операция разрешена если значение 0, то операция запрещена.

13: Beat модификации или изменения отслеживает режим использования страницы. Когда в страницу осуществляется запись аппаратура автоматически устанавливает бит модификации. Этот бит имеет зна,

14: Когда операционная система решает удалить страничный блок из оперативной памяти, если содержащаяся в нём страница подверглась модификации, то есть является изменённой её нуж.

15: Нужно сбросить обратно на диск, если же она не подвергалась модификации, то есть является неизменённой, то от неё можно отказаться, поскольку её дисковая копия не утратила актуаль.

16: Этот бит иногда называется битом изменения, поскольку он отражает состояние страницы.

17: Beat обращения устанавливается в значение 1 при обращении к странице как для чтения, так и для записи. Он призван помочь операционной системе выбрать выселяемую страницу при

18: Возникновение ошибки, отсутствия страницы, страницы, к которым не было обращения последнее время, являются более предпочтительными кандидатами на выселение из оперативной памяти этот бит играет.

19: Важную роль в ряде алгоритмов замещения страниц, которые будут рассмотрены на следующей лекции.

20: Через определённое время бит обращения сбрасывается на 0 как правило, таймер сброса срабатывает через 20 миллисекунд.

21: Оставшийся бит позволяет блокировать кеширование страницы эта возможность актуальна для тех страниц, которые отображаются на регистр устройств, а не на память, если операционная система вошла в цикл.

22: Ожидание отклика какого-нибудь устройства ввода вывода на только что выданную ей команду очень важно, чтобы аппаратура продолжала извлечение слова из устройства, а не использовала старую копию, попавшую в кэш благода.

23: Благодаря этому биту кешированние может быть отключено те машины, у которых есть отдельное пространство ввода, вывода и которые не используют ввод вывод с отображением данного пространства в память в этом бите не нужда.

24: Следует понимать, что подобная строка создаётся для каждого страничного блока, находящегося в оперативной памяти, у 1 процесса может быть очень много страниц и, соответственно, большое количество строк в таблице Коли.

25: Процессов достигает несколько Десятков, а то и более сотни в системе. Таким образом, чем больше в системе процессов, тем больше задействовано оперативной памяти и тем большего размера таблица страниц, кото

26: Также хранится в оперативной памяти и занимает в ней определённое место, поэтому возникают 2 проблемы это быстрый поиск нужной страницы в таблице и 2 проблема.

27: Это обширный размер таблицы страниц.

28: Для ускорения поиска используются буферы быстрого преобразования памяти компьютер оснащается небольшим устройством для отображения виртуальных адресов на физические без просмотра таблицы.

29: Страниц. Устройство называется буфером быстрого преобразования адреса.

30: Синонимом является ассоциативная память зачастую это устройство находится внутри диспетчера памяти и состоит из небольшого количества записей, как правило, не более 60 четы.

31: 3 записей. Каждая запись содержит информацию об 1 странице, включающую номер виртуальной страницы бит, устанавливающийся при модификации страницы. Код защиты, то есть

32: Разрешение на чтение, запись и выполнение и физический страничный блок, в котором расположена страница, эти поля, имеют точное соответствие полям в таблице страниц, за исключением номера вирту.

33: Страница, который в таблице страниц не нужен, ещё 1 beat показывает на задействованность страницы, то есть используется она или нет.

34: Пример подобной таблицы приведён на рисунке.

35: Напоминаю, что размер таблицы составляет, как правило, 64 строки, в данном случае приведено лишь 4 строки.

36: Рассмотрим место размещения буфера быстрого преобразования и общий принцип работы диспетчера памяти.

37: Теперь рассмотрим работу буфера быстрого преобразования адреса когда диспетчеру памяти предоставляется для преобразования виртуальный адрес, аппаратура сначала проверяет, не содержится ли.

38: Номер его виртуальной страницы в буфере преобразования одновременно, то есть параллельно сравнивая его значение со всеми записями в таблице. Для этого потребуется специальное оборудование, име.

39: У всех диспетчеров памяти с буферами быстрого преобразования, если будет найдено соответствие и beta защиты не будут препятствовать доступу номер страничного блока будет взят непосредственно.

40: Из этого буфера без обращения к таблице страниц, если номер виртуальной страницы присутствует в буфере, но команда пытается осуществвить запись страницу, предназначенную только для чтения.

41: Ошибка защиты.

42: Если посмотрим на рисунок, то загрузка страницы будет выглядеть следующим образом, то есть сначала происходит обращение процессора к диспетчеру памяти диспетчер памяти просматривает буфер быстрого преобразования адреса.

43: Находит там нужную страницу и загружает её в центральный процессор.

44: А что же произойдёт, если номер виртуальной страницы не будет найден в буфере быстрого преобразования? В этом случае диспетчер памяти обнаруживает отсутствие необходимой страницы в буфере быстрого преобразования и осуществляет обыч?

45: Поиск в таблице страниц. Далее выбирается страница из буфера, которая будет заменена, при этом бит модификации удаляемой страницы копируется в таблицу страниц, находящийся в

46: Оперативной памяти. Другие значения, за исключением бита ссылки, там уже присутствуют, необходимая страница копируется в буфер быстрого преобразования, поэтому если вскоре эта страница будет

47: Будет востребована снова, то во 2 раз она уже будет найдена в данном буфере. Когда страница загружается в буфер, то все поля этой страницы берутся из памяти, то есть из таблицы страниц.

48: Рассмотрим изложенный принцип работы на схеме. Итак, 1 происходит обращение центрального процессора к диспетчеру памяти.

49: Диспетчер памяти просматривает буфер быстрого преобразования и обнаруживает, что необходимой страницы там нет, поэтому диспетчер памяти обращается к таблице страниц, которая находится уже в

50: Оперативной памяти находит там нужную страницу и размещает её в буфере быстрого преобразования, а уже затем загружает страницу в процессор, то есть если сравнить с 1.

51: Схемой, то здесь уже происходит некоторая задержка, потому что приходится обращаться к оперативной памяти до этого в 1 случае номер страничного блока был взят из буфера быстрого преобразования.

52: Здесь нужно понимать, что сама страница загружается в процессор из оперативной памяти, но при использовании буфера быстрого преобразования происходит более, скажем так, быстрый поиск необхо.

53: Ходимого номера. А что же случится, если и в оперативной памяти не найдётся нужной страницы? Этот вопрос уже рассматривался на предыдущей лекции. Рассмотрим его ещё

54: Если необходимой страницы не окажется в таблице страниц, то происходит системное прерывание, называемое ошибкой отсутствия страницы диспетчер памяти заставляет центральный процесс.

55: Передать управление операционной системе для загрузки необходимой страницы в память процесс на это время блокируется операционная система выбирает редко используемый страничный блок и сбрасывает его.

56: Содержимое на диск, если версия страницы, находящейся в оперативной памяти, отличается от версии, находящейся на жёстком диске, затем операционная система извлекает также с диска страницу.

57: На который была ссылка и помещает её в только что освободившийся страничный блок и вносит изменения в таблицу страницы. Далее информация о странице загружается в буфер быстрого преобразования адреса по уже

58: Смотренному сценарию и заново запускается прерванная команда.

59: Рассмотрим изложенный принцип работы на схеме итак, происходит обращение центрального процессора к диспетчеру памяти. Диспетчер памяти просматривает буфер быстрого преобразования адреса необходи.

60: Страницы там нет, поэтому диспетчер памяти обращается к таблице страниц, находящейся в оперативной памяти в таблице страниц нужной страницы также нет, тогда диспетчер памяти осуществляет.

61: Системный вызов, который называется ошибка отсутствия страницы. Операционная система, используя определённый алгоритм, применяемый алгоритм будет рассмотрен на следующей лекции. Выбирает

62: Страницу в памяти, вместо которой будет размещена страница жёсткого диска и даёт задание контроллеру диска о копировании страницы в оперативную память.

63: После копирования через диспетчер прерываний сообщается о том, что задание выполнено.

64: Далее диспетчер памяти копирует информацию о странице в буфер быстрого преобразования.

65: И загружает необходимую страницу центральный процессор.

66: Нужно понимать, что рассмотрят пример работы только 1 процесса в однопроцессорной одноядерной системе в реальности все значительно сложнее.

67: В оперативной памяти в зависимости от её размера может находиться одновременно несколько Десятков процессов, и когда происходит переключение центрального процессора на другой процесс, то диспетчер памяти работает уже с таблицей страниц другого процесса.

68: Кроме того, если центральный процессор имеет в своём составе более 1 ядра, то каждое ядро может работать с отдельным процессором все это в значительной степени усложняет саму операционную систему, так как ей необходимо в этом слу.

69: Управлять большим количеством функций.

70: Для решения 2 проблемы большие размеры страниц используются многоуровневые таблицы страниц секрет метода использования многоуровневой таблицы страниц заключается в отказе от постоянного хранения всех.

71: Таблиц страниц в памяти в частности вообще не должны храниться те таблицы, в которых нет необходимости. Например, процессу требуется 12 мегабайт, нижние 4 мегабайта памяти для

72: Text программы следующий 4 мегабайта для данных и верхние 4 мегабайта для стека.

73: На данном рисунке показано, как работает двухуровневая таблица страниц.

74: Слева показана таблица страницы верхнего уровня, содержащая 1024 записи, соотносящиеся с 10 битным полем рабочей таблицы номер 1, когда диспетчеру памяти.

75: Ставляется виртуальный адрес, то сначала он извлекает поле рабочей таблицы 1 и использует его значение в качестве индекса для таблицы страниц верхнего уровня каждая из этих тысяч 24 записе.

76: В таблице страниц верхнего уровня предоставляет 4 мегабайта из записи, место которой определяется путём индексирования таблицы страниц верхнего уровня, извлекается адрес или номер.

77: Страничного блока. Таблица страниц 2 уровня. Запись 0 таблицы страниц верхнего уровня указывает на таблицу страниц для текста программы запись 1 на таблицу страниц для данных, а за

78: Запись 1023 на таблицу страниц для стека. Другие закрашенные рисунки записи не используются поле рабочей таблицы номер 2 теперь используется в качестве индекса на выбранную.

79: Таблицу страниц 2 уровня, предназначенную для поиска номера страничного блока, для самой страницы, по смещению же определяется физический адрес страницы.

80: В качестве примера рассмотрим 30 двухразрядный виртуальный адрес, который представлен на рисунке в шестнадцатиричной системе счисления. 1 символ в шестнадцатиричной системе исчисления переводится в 4, бита в 2.

81: Двоичной системе в двоичном коде адрес будет выглядеть следующим образом. Соответственно, будет состоять из 32 бит.

82: Первые 10 бит указывают на номер 1 таблицы, в данном случае он равен единице.

83: Вторые 10 бит на номер 2 таблицы, в данном случае он равен 3.

84: Оставшиеся 12 бит обозначают смещение и это смещение равно 4. Вернёмся к рисунку. 1 таблица указывает на данные.

85: 2 таблица на 3 раздел внутри поля данных.

86: В нашем примере на каждый раздел, то есть на подтекст программы данные и стек, выделяется 4 мегабайта, 4 мегабайта это 4195304 байта.

87: Соответственно, 1 строка в таблице 2 уровня указывает на 4096 байт.

88: В рабочей таблице номер 2 указание идёт на 3 раздел, соответственно, 3 раздел во 2 таблице будет указывать на байты от 12288 до 16300.

89: 83. Смещение равно 4. Поэтому к нижнему показателю 12288 нужно прибавить 4, и получится, что это смещение указывает на

90: 15292 байт в области данных.

91: Соответственно, абсолютный адрес байта будет иметь номер 4206596. Если необходимые страницы не присутствуют в памяти, то

92: Присутствие отсутствия в записи таблицы страниц будет иметь нулевое значение, что вызовет ошибку отсутствия страницы если страница присутствует в памяти, то номер страничного блока, взятый из таблицы страниц 2 уровня объеди.

93: Меняется со смещением для построения физического адреса, и уже этот адрес выставляется на шину и отправляется к блоку памяти система показывает на рисунке, в которой используется двухуровневая таблица страниц.

94: Может быть расширена до 3, 4 и более уровней. Дополнительные уровни придают ещё большую гибкость. Современные операционные системы поддерживают таблицы страниц до 4 уровней. Это

95: Позволяет работать с оперативной памятью объёмом до 256 терабайт.