Какую роль играет операционная система в преобразовании логических адресов в физические адреса?
1. Управление виртуальной памятью :операционная система реализует виртуальную память — метод управления памятью, который позволяет программам использовать логические адреса, независимые от фактических ячеек физической памяти. Это создает иллюзию, что каждая программа имеет свое собственное выделенное адресное пространство, даже если несколько программ могут работать одновременно.
2. Таблицы страниц :операционная система поддерживает таблицы страниц, которые представляют собой структуры данных, сопоставляющие логические адреса физическим адресам. Каждая запись таблицы страниц (PTE) содержит такую информацию, как номер кадра физической памяти, в котором хранится соответствующая логическая страница, а также различные флаги, указывающие права доступа и другие свойства.
3. Трансляция адресов :Когда программа ссылается на логический адрес, блок управления памятью (MMU), который является аппаратным компонентом, перехватывает доступ к памяти и инициирует процесс трансляции адреса. MMU ищет соответствующий PTE в таблице страниц, используя логический адрес в качестве индекса.
4. Буфер резервного перевода (TLB) :Для оптимизации трансляции адресов операционная система использует TLB — небольшой кэш, в котором хранятся недавно использованные PTE. Когда запрашивается преобразование адреса, MMU сначала проверяет TLB. Если PTE найден в TLB, физический адрес извлекается напрямую, что позволяет избежать необходимости доступа к таблице страниц в памяти.
5. Ошибки страницы :Если запрошенный логический адрес не найден в TLB или соответствующий PTE недействителен (из-за подкачки памяти или по другим причинам), возникает ошибка страницы. Операционная система обрабатывает ошибки страниц, загружая необходимую страницу с диска или другого носителя в физическую память и обновляя PTE. Этот процесс может повлечь за собой снижение производительности из-за дополнительных операций дискового ввода-вывода.
6. Защита и контроль доступа :операционная система обеспечивает защиту памяти, устанавливая соответствующие разрешения в PTE. Он предотвращает доступ программ к неавторизованным областям памяти, тем самым поддерживая целостность системы и предотвращая уязвимости безопасности.
Управляя виртуальной памятью, поддерживая таблицы страниц и выполняя трансляцию адресов, операционная система играет решающую роль в устранении разрыва между логическими адресами, используемыми программами, и физическими адресами базовой аппаратной памяти. Это обеспечивает эффективное использование памяти и гарантирует, что программы смогут правильно обращаться к данным и манипулировать ими во время выполнения.