Virtueel naar fysieke adresvertaling:een reis door het geheugen

Virtuele adressen zijn de adressen die door programma's worden gebruikt, terwijl fysieke adressen de werkelijke locaties in RAM zijn waar gegevens worden opgeslagen. Deze vertaling is om verschillende redenen essentieel:

1. Bescherming: Elk proces loopt in zijn eigen virtuele adresruimte, waardoor het ene proces wordt voorkomen dat het een ander interfereert.

2. Efficiëntie: Processen kunnen worden geladen en in het geheugen worden gelost zonder andere processen te beïnvloeden, waardoor geheugengebruik wordt gemaximaliseerd.

3. Flexibiliteit: Hetzelfde virtuele adres kan wijzen op verschillende fysieke adressen, waardoor dynamische geheugentoewijzing mogelijk is.

Hier is hoe virtueel naar fysieke adresvertaling werkt:

1. Memory Management Unit (MMU): Deze hardwarecomponent is verantwoordelijk voor het vertaalproces. Het gebruikt een paginatabel om virtuele adressen toe te wijzen aan fysieke adressen.

2. Paginietabel: Deze tabel is een gegevensstructuur die toewijzingen opslaat tussen virtuele en fysieke adressen. Elke vermelding in de paginatabel vertegenwoordigt een -pagina in het geheugen, een eenheid met een vaste grootte (meestal 4KB).

3. Virtuele adresontleding: Het virtuele adres is verdeeld in twee delen:

* Paginanummer: Identificeert de pagina met de gewenste gegevens.

* offset: Identificeert de locatie van de gegevens binnen de pagina.

4. Paginietabel Lookup: De MMU gebruikt het paginanummer om de bijbehorende vermelding in de paginatabel te vinden. Dit item bevat het fysieke adres van de pagina in het geheugen.

5. Fysieke adresberekening: Het fysieke adres wordt berekend door het fysieke pagina -adres uit de paginatabel te combineren met de offset van het virtuele adres.

Voorbeeld:

* Virtueel adres: 0x12345678

* Paginagrootte: 4KB (4096 bytes)

* Paginanummer: 0x12345 (berekend door het virtuele adres te delen door de pagina -grootte)

* offset: 0x678 (het resterende deel van het virtuele adres)

De MMU zoekt het paginanummer (0x12345) op in de paginatabel en vindt het bijbehorende fysieke pagina -adres, zeg 0xabcdef00.

* Fysiek adres: 0xabcdef00 + 0x678 =0xabcdef678

Aanvullende details:

* paginatabellen op meerdere niveaus: Om de efficiëntie voor grotere adresruimtes te verbeteren, kunnen paginatabellen hiërarchisch zijn, met meerdere niveaus.

* Vertaal Lookaside Buffer (TLB): De MMU gebruikt vaak een cache genaamd de TLB om recent gebruikte vertalingen op te slaan. Dit versnelt de vertaling van de adres door het opzoeken van herhaalde paginafabel te vermijden.

* virtueel geheugen: Het concept van virtuele adresruimte maakt het gebruik van virtueel geheugen mogelijk, waarbij gegevens kunnen worden opgeslagen op secundaire opslag (zoals harde schijf) en indien nodig RAM in RAM verwisseld.

Inzicht in dit proces is cruciaal om te begrijpen hoe besturingssystemen het geheugen beheren en hoe programma's toegang krijgen tot gegevens in RAM.