Преимущества и недостатки ВП со страничной организацией

5. Преимущества и недостатки ВП со страничной организацией.

(Анализ и оценка эффективности СО при рассмотрении преимуществ и недостатков)

Несомненно, применение виртуальной памяти в современных машинах это важнейшее

достижение как в компьютерной технологии, так и в максимизации удобств

создаваемых для пользователя. Но, как известно, каждая система имеет свои

преимущества и недостатки. Предлагаю проанализировать суть применения ВП; её

слабости и критерии эффективности, её плюсы и минусы.

Во-первых одним из преимуществ ВП с СО является достаточно большой объём прямо

адресуемой памяти. Действительно объем памяти может исчисляться сотнями мегабайт

(и даже гигабайтами). Размер виртуальной памяти целиком зависит от объёма

накопителя на [жестком] магнитном диске. Созданный SWAPфайл размещается на диске

и эмулирует оперативную память. При этом пользователь не задумывается о том куда

будет помещен "кусок" его программы с которой он только что отработал. Таким

образом, ещё одним преимуществом ВП с СО является то, что программы пользователя

могут размещаться в любых свободных страницах. И наконец, одним из важнейших

преимуществ ВП с СО (то, ради чего, собственно и была изобретена виртуальная

память) повышение уровня мультипрограммной работы. Как было сказано выше, эта

цель была одной из самых главных. С организацией ВП с СО пользователь получил

реальную возможность загружать в память большее количество программ для того

чтобы машина обрабатывала программы сразу (в действительности процессор

устанавливает приоритет для каждой программы, находящейся в памяти, и далее в

соответствии с приоритетом выделяет определённое количество времени на

реализацию каждой программы или команды). Сам процессор постоянно "занят" каждый

машинный такт выполняет определённую программу. Метод организации виртуальной

памяти со страничной организацией значительно повысил эффективность работы с

машиной.

У каждого гениального изобретения к сожалению есть свои недостатки. Таковые есть

и у ВП с СО. Попытаемся проанализировать их. Основным недостатком виртуальной

памяти пожалуй является то количество времени, которое машина тратит на

обращение к внешней памяти. Извлечь необходимую информацию из ячеек оперативной

памяти не представляет особого труда и больших затрат времени. Совсем иначе

обстоит дело с диском: для того чтобы найти необходимую информацию, нужно

сначала "раскрутить" диск, потом найти необходимую дорожку, в дорожке найти

сектор, кластер, далее считать побитовую информацию в ОП. Все это требует

времени и, порой если при методе случайного удаления страниц*, процессору

понадобятся сразу несколько страниц, хранящихся во внешней памяти, большого

времени. К сожалению, этот недостаток принадлежит к виду "неисправимых". И если

другие недостатки, рассмотренные ниже ущё можно каким-то образом устранить

(например путем расширения технических средств и т. д.), то данный недостаток не

может быть устранён никоим образом, так как понятие виртуальной памяти

ассоциируется с применением внешней памяти (магнитного диска).

Следующий недостаток скорее относится к вопросу о технической характеристике

компьютера: наличие сверхоперативной памяти (СОП). Как было сказано выше, СОП,

как правило, имеет не

—————

* Методы своппирования страниц рассмотрены в § 8. большую ёмкость и достаточно

высокое быстродействие. СОП используется для хранения управляющей информации,

служебных кодов, а также информации к которой осуществляется наиболее частое

обращение в процессе выполнения программы. Этот недостаток в работе с ВП к

счастью можно ликвидировать. Что касается технической характеристики есть ли в

микросхемах оперативной памяти дополнительные интегральные схемы, которые

являются запоминающими устройствами СОП? Если есть, то проблема с СОП решена, а

если нет..? Тогда, благодаря достижениям в области компьютерной технологии,

могут использоваться драйверы, резервирующие маленькую область ОП для

имитирования СОП. Итак, что касается этого недостатка, то, мне кажется, что он

не настолько серьёзен, чтобы о нём беспокоится. И, наконец третьим недостатком

является внутренняя фрагментация страниц.

6. Сегментно-страничная организация виртуальной памяти

(Структура, функционирование, отличия от ВП с СО, преимущества и недостатки)

При использовании метода сегментно-страничной организации ВП, пользовательские

программы разбиваются на отдельные массивы. Эти массивы независимые участки

называются сегментами. Сегмент представляет собой единый логический объект,

содержащий какую-либо процедуру, массив или набор данных. Как правило

информация, содержащаяся в сегменте, однородная, то есть в одном сегменте могут

находится только служебные коды программы, другой может являться сегментом

стека, третий содержать коды связи с объектными (.obj) файлами и т. д.

Каждый сегмент представляет собой последовательность адресов от нуля до

определённого максимального значения. Отличие сегмента от страницы состоит в

том, что длинна сегмента может изменяться в процессе работы.

Сегменты, как и любая структура виртуальной памяти, могут размещаться как в ОП,

так и во внешней памяти (магнитных носителях). ВП с ССО функционирует подобно ВП

с СО: если требующийся на данный момент сегмент отсутствует в оперативной

памяти, то при надобности работы с ним, он предварительно перемещается в ОП.

Сегментно-страничная организация памяти требует более сложной

аппаратурно-программной организации. Рассмотрим как же осуществляется обращение

к ВП посредством ССО. По самому названию "сегментно-страничный" нетрудно

догадаться, что при таком методе используется как сегментная, так и страничная

таблицы. Это очень похоже на сложно структурированный метод "процедуры в

процедуре" во многих алгоритмических языках. На рисунке 7 подробно показан

способ организации ВП с ССО. Адрес ячейки в данном случае складывается из 3х

частей: первая содержит номер самого сегмента (Segment), по этому номеру машина

обращается к сегментной таблице. Вторая часть адреса содержит номер искомой

страницы (page), которая находится внутри выбранного сегмента и третья смещение

(length), по которому находится требуемый адрес. Pµ, обведенное в двойную рамку

показывает математический адрес, а Pф физический. Как и при СО, смещение l

переписывается в ячейку физического адреса без изменений.

Вверху рисунка, аббревиатурой N обозначен номер какой-нибудь программы

пользователя. А0 с индексом 1 обозначает конкретный начальный адрес сегментной

таблицы для данной программы. Сначала берется этот адрес и номер сегмента S из

регистра математического адреса. Оба этих адреса складываются в сумматоре,

который изображен в виде обведенного плюса. Получившийся адрес А1 + S является

входом в сегментную таблицу (изображен в первой колонке сегментной таблицы).

Далее, благодаря этому адресу, отыскивается соответствующий адрес страничной

таблицы (А0 с индек

сом 2), который в свою очередь суммируется с номером искомой страницы p в

сумматоре. Результирующая сумма есть вход в страничную таблицу. Структура

страничной таблицы нам уже знакома: благодаря получившемуся адресу, находится

соответствующий адрес физической страницы, процессор определяет местонахождение

этой страницы (включенный бит страница находится в ОП, выключенный во внешней

памяти).

Рис. 7 Сегментно-страничная организация ВП.

Итак, краткое описание функционирования ВП с ССО: с помощью начального адреса

сегментной таблицы и номера сегмента из регистра математического адреса (S)

образуется адрес вход в сегментную таблицу в которой находится начальный адрес

страничной таблицы. К этому адресу в свою очередь прибавляется номер страницы из

РМА. Эта сумма служит входом в страничную таблицу, в которой затем отыскивается

адрес искомой физической страницы и, в соответствии с уровнем доступности,

процессор либо начинает работать с этой страницей, либо вырабатывает

аппаратурное прерывание и подключает супервизора, который затем организует ее

перепись в ОП. Если вся ОП будет занята, то супервизор, в соответствии с

принятым методом (см. § 8), своппирует какую-нибудь страницу.