Сетевые операционные системы
Виртуальная память
Концептуально модель памяти в Mach выглядит для пользовательских процессов в виде большого линейного виртуального адресного пространства. Для большинства 32-х разрядных процессоров адресное пространство занимает диапазон от 0 до 232 - 1 (4 Гбайта). Адресное пространство поддерживается страничным механизмом.
Mach обеспечивает очень тонкое управление механизмом использования виртуальных страниц (для тех процессов, которые интересуются этим). Для начала скажем о том, что адресное пространство может использоваться разреженным способом. Например, процесс может иметь дюжину секций виртуального адресного пространства, каждая из которых находится на расстоянии сотен мегабайт от ближайшего соседа, с большими зазорами неиспользуемого адресного пространства между этими секциями.
Теоретически любое виртуальное адресное пространство может быть разреженным, так что способность использовать большое количество разбросанных секций не является в действительности свойством архитектуры виртуальной памяти. Другими словами, любая 32-х битная машина должна позволять процессу иметь 50 000 секций данных, разделенных промежутками по 100 Мбайт, в пределах от 0 до 4 Гбайт. Однако, во многих реализациях линейная страничная таблица от 0 до самой старшей используемой страницы хранится в памяти ядра. На машине с размером страницы в 1 Kб эта конфигурация требует 4 миллиона элементов таблицы страниц, делая такую схему очень дорогой, если не невозможной. Даже при многоуровневой организации страничной таблицы такая разреженность в лучшем случае неприемлема. В ядре Mach при его разработке изначально ставилась задача полной поддержки разреженных адресных пространств.
Для того, чтобы определить, какие виртуальные адреса используются, а какие нет, Mach обеспечивает способ назначения и отмены секций виртуального адресного пространства, называемых областями (regions). В вызове для назначения области можно определить базовый адрес и размер, и область выделяется там, где это указано. В другом случае может быть задан только размер области, а система сама находит подходящий диапазон адресов и возвращает базовый адрес.
Виртуальный адрес является действительным только в том случае, когда он попадает в назначенный диапазон. Попытка использовать адрес из промежутков между назначенными областями вызывает прерывание, которое может быть перехвачено самим процессом, если он этого пожелает.
Рис. 6.5. Адресное пространство с назначенными областями,
отображенными объектами и неиспользуемыми адресами
Ключевым понятием, связанным с использованием виртуального адресного пространства, является объект памяти (memory object). Объект памяти может быть страницей или набором страниц, а также может быть файлом или другой, более специальной, структурой данных, например, записью базы данных. Объект памяти может быть отображен в неиспользуемую часть виртуального адресного пространства, формируя новую область, как это показано на рисунке 6.5. Когда файл отображен в виртуальное адресное пространство, то его можно читать или в него можно писать с помощью обычных машинных команд. Отображенные (mapped) файлы постранично вытесняются из памяти обычным образом. Когда процесс завершается, то его отображенные в память файлы автоматически возвращаются в файловую систему вместе со всеми изменениями, произошедшими с их содержанием в то время, когда они были отображены в память. Также возможно отменить отображение файла или другого объекта памяти, освобождая его адресное пространство и делая его доступным для последовательного его распределения или отображения.
Конечно, отображение файлов в память не единственный способ доступа к ним. Их содержимое можно читать и обычным способом. Однако и в этом случае библиотечные функции могут отображать файлы в память помимо желания пользователя, а не использовать систему ввода-вывода. Такой способ позволяет страницам файлов использовать систему виртуальной памяти, а не специально выделенные буфера где-либо в системе.
Mach поддерживает некоторое количество вызовов для работы с виртуальным адресным пространством. Основные приведены в таблице 6.3. Они не являются истинными системными вызовами.Вместо этого все они используют запись сообщения в порт процесса для вызова соответствующих функций ядра.
