Hardware -ondersteuning voor vraagpaging

Demand Paging, een virtuele geheugentechniek, is gebaseerd op verschillende hardwarefuncties om efficiënt te werken. Deze functies helpen bij het beheren van de gegevensstroom tussen hoofdgeheugen en secundaire opslag, waardoor een naadloze gebruikerservaring wordt gewaarborgd en tegelijkertijd geheugenoverhead wordt geminimaliseerd.

Hier is een uitsplitsing van de essentiële hardware -ondersteuning voor vraagpaging:

1. Memory Management Unit (MMU):

* Adresvertaling: De MMU is de kerncomponent die verantwoordelijk is voor het vertalen van virtuele adressen die door de CPU worden gegenereerd in fysieke adressen in het hoofdgeheugen. Deze vertaling is cruciaal voor het paging van de vraag, omdat het systeem toegang heeft tot pagina's op aanvraag zonder dat alle pagina's tegelijkertijd in het geheugen zijn.

* paginatabelbeheer: De MMU beheert ook de paginatabel, een gegevensstructuur die virtuele pagina's toewijst aan fysieke frames in het geheugen. Deze tabel wordt dynamisch bijgewerkt omdat pagina's worden geladen en verwisseld.

* Paginafoutafhandeling: Wanneer een paginafout optreedt (probeer toegang te krijgen tot een pagina die momenteel niet in het geheugen is), signalen van MMU aan het besturingssysteem, waardoor een paginafoutafhandelaar routine wordt geactiveerd.

2. Secundaire opslag:

* snelle toegang: Secundaire opslag (meestal harde schijven of SSD's) wordt gebruikt om de pagina's op te slaan die momenteel niet in het hoofdgeheugen zijn. Voor een effectieve vraagpaging moet de secundaire opslag de vereiste pagina's snel kunnen ophalen.

* Grote capaciteit: Secundaire opslag moet voldoende capaciteit hebben om alle pagina's van de virtuele adresruimte op te slaan.

3. Hardwareondersteuning voor paginatransende algoritmen:

* Paginatabelvermeldingen: De paginietabelvermeldingen moeten informatie bevatten zoals het fysieke adres van de pagina, de aanwezigheidsbit (die aangeeft of de pagina zich momenteel in het geheugen bevindt) en modificatiebit (om wijzigingen in de pagina bij te houden).

* Hardware -tellers: Sommige architecturen omvatten hardwaretellers om paginatoegangfrequentie te volgen of andere statistieken die worden gebruikt door paginavangingsalgoritmen (bijv. LRU, FIFO). Deze informatie helpt bij het optimaliseren van beslissingen over het vervangen van pagina's.

4. Geheugenbeschermingsmechanismen:

* Paginagoegangstoegangscontrole: De MMU moet paginatabel toegangscontrolemechanismen ondersteunen om te voorkomen dat processen toegang hebben tot ongeautoriseerde pagina's. Dit zorgt voor geheugenbeveiliging en gegevensintegriteit.

* Hardwarebeschermingsmechanismen: Hardwarebeschermingsmechanismen zoals geheugensegmentatie en paging zijn essentieel om te voorkomen dat programma's toegang hebben tot geheugengebieden buiten hun toegewezen virtuele adresruimte.

5. Interruptmechanisme:

* Paginafoutonderbrekingen: Het systeem is afhankelijk van interrupts om paginafouten te signaleren. Dit interruptmechanisme stelt het besturingssysteem in staat om de nodige acties te ondernemen, zoals het ophalen van de ontbrekende pagina uit secundaire opslag en het bijwerken van de paginatabel.

6. Klokmechanisme:

* timing: Sommige paginatransende algoritmen, zoals veroudering, gebruiken een klokmechanisme om paginatoegangstijden te volgen. Deze informatie helpt bij het identificeren van minder vaak toegankelijke pagina's, waardoor ze waarschijnlijker kandidaten zijn voor vervanging.

Voorbeeld:

Overweeg een eenvoudig voorbeeld van een systeem met een programma met een virtuele adresruimte van 4 GB. Het hoofdgeheugen bevat slechts 1 GB en de rest van het programma bevindt zich op de harde schijf.

1. Wanneer de CPU toegang probeert te krijgen tot een pagina die niet in het geheugen staat, treedt een paginafout op.

2. De MMU activeert een onderbreking en signaleert het besturingssysteem om de paginafout te verwerken.

3. Het besturingssysteem lokaliseert de ontbrekende pagina op de harde schijf.

4. Het besturingssysteem selecteert een pagina in het geheugen om te vervangen (met behulp van een pagina -vervangingsalgoritme) en schrijft het naar de harde schijf.

5. De ontbrekende pagina wordt geladen vanuit de harde schijf in de vrijgelaten geheugensleuf.

6. De paginatabel is bijgewerkt om de nieuwe geheugenmapping weer te geven.

7. De CPU hervat de uitvoering, nu in staat om toegang te krijgen tot de eerder ontbrekende pagina.

Samenvattend:

Vraagpaging is gebaseerd op een combinatie van hardware- en softwarecomponenten om het virtueel geheugen efficiënt te beheren. De MMU, Secondary Storage, Pagina Table en andere Hardware Support -functies spelen cruciale rollen bij het mogelijk maken van de naadloze werking van vraagpaging, waardoor efficiënt geheugenbeheer en effectief gebruik van middelen mogelijk is.