Виртуальная память. Таблицы страниц. Алгоритмы очистки страниц

Основная идея виртуальной памяти заключается в том, что объединенный размер программы, данных и стека может превысить количество доступной физической памяти. Операционная система хранит части программы, использующиеся в настоящий момент, в оперативной памяти, остальные — на диске.

В основе виртуальной памяти лежит идея, что у каждой программы имеется свое собственное адресное пространство, которое разбивается на участки, называемые страницами. Каждая страница представляет собой непрерывный диапазон адресов. Эти страницы отображаются на физическую память, но для запуска программы присутствие в памяти всех страниц не обязательно. Когда программа ссылается на часть своего адресного пространства, находящегося в физической памяти, аппаратное обеспечение осуществляет необходимое отображение на лету. Когда программа ссылается на часть своего адресного пространства, которое не находится в физической памяти, операционная система предупреждается о том, что необходимо получить недостающую часть и повторно выполнить потерпевшую неудачу команду.

Большинство систем виртуальной памяти использует технологию под названием Страничная организация памяти: каждому процессу предоставляется виртуальное адресное пространство необходимого размера. Виртуальные адреса назначаются программно. Обращение к физической памяти происходит через диспетчер памяти, который преобразует виртуальные адреса в реальные.

Работа менеджера (диспетчера) памяти. Пространство виртуальных адресов разделено на единицы, называемые страницами. Соответствующие единицы в физической памяти называются страничными блоками (page frame). Страницы и страничные блоки имеют, как правило, одинаковые размеры. Перенос информации между оперативной памятью и диском всегда осуществляется целыми страницами.

Когда программа пытается получить доступ к некоторому адресу, используя необходимую команду, виртуальный адрес передается диспетчеру памяти. Диспетчер памяти определяет страницу и блок, на который попадает данный виртуальный адрес, переводит входящий виртуальный адрес в физический и отправляет его на шину. Память ничего не знает о диспетчере памяти и видит просто запрос на чтение или запись слова по требуемому физическому адресу, который и выполняет.