link280 link281 link282 link283 link284 link285 link286 link287 link288 link289 link290 link291 link292 link293 link294 link295 link296 link297 link298 link299 link300 link301 link302 link303 link304 link305 link306 link307 link308 link309 link310 link311 link312 link313 link314 link315 link316 link317 link318 link319 link320 link321 link322 link323 link324 link325 link326 link327 link328 link329 link330 link331 link332 link333 link334 link335 link336 link337 link338 link339 link340 link341 link342 link343 link344 link345 link346 link347 link348 link349 link350 link351 link352 link353 link354 link355 link356 link357 link358 link359 link360 link361 link362 link363 link364 link365 link366 link367 link368 link369 link370 link371 link372 link373 link374 link375 link376 link377 link378 link379 link380 link381 link382 link383 link384 link385 link386 link387 link388 link389 link390 link391 link392 link393 link394 link395 link396 link397 link398 link399 link400 link401 link402 link403 link404 link405 link406 link407 link408 link409 link410 link411 link412 link413 link414 link415 link416 link417 link418 link419

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Память. Верхний уровень

Страничный механизм в процессорах 386+. Механизм трансляции страниц

Страничный механизм в процессорах 386+

Для реализации виртуальной памяти очень желательно, чтобы заменяемые блоки имели одинаковый размер и были в памяти выровнены (т.е. лежали с адресов, кратных этому размеру) — это позволит избежать фрагментации памяти при свопинге. Такой механизм имеется в процессорах i386+.

Если включен страничный механизм, то все физическое адресное пространство разбивается на блоки одинакового размера — страницы. В процессорах семейства х86 страницы могут иметь размер 4 кбайт либо 4Мбайт. Существующие операционные системы используют в основном маленькие 4 К-байтные страницы. Дальнейшее рассмотрение идет применительно именно к этому варианту.

Механизм трансляции страниц

Линейный адрес (результат трансляции сегмента) интерпретируется процессором как состоящий из трех частей. Младшие 12 разрядов адреса определяют относительный адрес внутри страницы.

Старшие 20 разрядов линейного адреса (индекс страницы) задают одну из 220 страниц. Это делается с помощью двухступенчатого табличного преобразования. Старшие 20 разрядов линейного адреса интерпретируются как два 10-битовых поля. Разряды 12…20 задают номер дескриптора страницы (Page Table Entry) в таблице страниц (Page Table — см. рисунок ниже).

Страничный механизм трансляции адреса

Дескриптор страницы имеет длину 4 байта. Одна таблица содержит 1024 дескриптора.

Старшие 20 разрядов дескриптора страницы содержат ее базовый адрес. Процессор формирует физический адрес операнда с помощью конкатенации базового адреса (из дескриптора) и внутристраничного смещения (младшая часть линейного адреса).

Табличное преобразование адреса при включенном страничном механизме выполняется один или несколько раз при выполнении каждой команды. Для того, чтобы страничная трансляция присходила быстро, для хранения индексов недавно использовавшихся страниц и их базовых адресов используется небольшая память с ассоциативным доступом — Буфер Ассоциативной Трансляции (Translation LookAside Buffer, TLB), которая обычно выполняется как полностью ассоциативная (Fully Assocciative).

Таблица страниц сама представляет собой 4 Кбайт-страницу. Одна программа использует много страниц (иногда больше, чем 1024), т.е. ей может требоваться больше, чем одна таблица страниц. В схеме трансляции страниц может одновременно использоваться до 1024 таблиц страниц. Каждая таблица страниц (поскольку тоже является страницей) в свою очередь описывается дескриптором в еще одной таблице — в каталоге таблиц страниц (Page Directory).

Старшие десять битов линейного адреса задают индекс дескриптора в каталоге таблиц страниц, т.е. используемую при данном обращении таблицу страниц.

Теперь рассмотрим структуру дескриптора страницы более подробно.

Дескрипторы страниц (любые), кроме базового адреса, содержат еще набор битовых полей, облегчающих реализацию виртуальной памяти и защиты (см. рисунки ниже):

P — бит присутствия страницы в памяти;

R/W — бит разрешения записи на данную страницу — позволяет ограничить доступ к отдельным диапазонам адресов;

U/S — бит уровня привилегий — пользовательская/системная страница;

PWT — алгоритм работы данной страницы с КЭШ-памятью — разрешение "сквозной" записи (Write-Throuhg);

PCD — бит запрета кэширования страницы (Page Cache Disabled);

A — признак того, что к элементам страницы производился доступ (Accessed);

D — признак того, что на страницу производиласть запись (флаг модификации — Dirty);

G — признак "глобальной" (Global) страницы, используется для страниц, постоянно находящихся в памяти (например, чдля ядра операционной системы. Этот признак запрещает удалять дескриптор такой страницы из Буфера Ассоциативной Трансляции.

Структура дескриптора страницы

Структура дескриптора таблицы страниц