hardware support for efterspørgsel Paging

Efterspørgsel Paging, en virtuel hukommelsesteknik, er afhængig af flere hardwarefunktioner til at fungere effektivt. Disse funktioner hjælper med at styre strømmen af ​​data mellem hovedhukommelse og sekundær opbevaring, hvilket sikrer en problemfri brugeroplevelse, samtidig med at hukommelsesomkostningen minimerer hukommelse.

Her er en sammenbrud af den væsentlige hardwarestøtte til efterspørgselsbetingelse:

1. Hukommelsesstyringsenhed (MMU):

* Adresseoversættelse: MMU er den kernekomponent, der er ansvarlig for at oversætte virtuelle adresser genereret af CPU til fysiske adresser i hovedhukommelsen. Denne oversættelse er afgørende for efterspørgsel efter efterspørgsel, da det giver systemet adgang til sider på efterspørgsel uden at kræve, at alle sider skal være i hukommelsen samtidig.

* side Tabelstyring: MMU administrerer også sidetabellen, en datastruktur, der kortlægger virtuelle sider til fysiske rammer i hukommelsen. Denne tabel opdateres dynamisk, når sider indlæses og byttes ud.

* Sidefejlhåndtering: Når der opstår en sidefejl (forsøg på at få adgang til en side, der ikke i øjeblikket er i hukommelsen), signalerer MMU til operativsystemet, hvilket udløser en sidefejlbehandlerrutine.

2. Sekundær opbevaring:

* hurtig adgang: Sekundær opbevaring (typisk harddiske eller SSD'er) bruges til at gemme de sider, der ikke i øjeblikket er i hovedhukommelse. For effektiv efterspørgsel, skal den sekundære opbevaring være i stand til hurtigt at hente de krævede sider.

* Stor kapacitet: Sekundær opbevaring skal have tilstrækkelig kapacitet til at opbevare alle sider i det virtuelle adresserum.

3. Hardware support til sideudskiftningsalgoritmer:

* side Tabelindgange: Sidetabelindgange skal indeholde oplysninger som sidens fysiske adresse, tilstedeværelsesbit (indikerer, om siden i øjeblikket er i hukommelsen), og ændringsbit (for at spore ændringer foretaget på siden).

* hardware tællere: Nogle arkitekturer inkluderer hardware -tællere til at spore adgangsfrekvens eller andre målinger, der bruges af sideudskiftningsalgoritmer (f.eks. LRU, FIFO). Disse oplysninger hjælper med at optimere beslutninger om sideudskiftning.

4. Hukommelsesbeskyttelsesmekanismer:

* Side Tabel Access Control: MMU skal understøtte kontrolmekanismer til siden Tabeladgang for at forhindre processer i at få adgang til uautoriserede sider. Dette sikrer hukommelsessikkerhed og dataintegritet.

* Hardwarebeskyttelsesmekanismer: Hardwarebeskyttelsesmekanismer som hukommelsessegmentering og personsøgning er vigtige for at forhindre programmer i at få adgang til hukommelsesområder uden for deres tildelte virtuelle adresseplads.

5. Afbrydningsmekanisme:

* Sidefejl afbryder: Systemet er afhængig af afbrydelser til signal sidefejl. Denne afbrydelsesmekanisme gør det muligt for operativsystemet at tage nødvendige handlinger som at hente den manglende side fra sekundær opbevaring og opdatere sidetabellen.

6. Urmekanisme:

* timing: Nogle sideudskiftningsalgoritmer, som aldring, bruger en urmekanisme til at spore adgangstider for side. Disse oplysninger hjælper med at identificere mindre ofte tilgængelige sider, hvilket gør dem mere sandsynlige kandidater til udskiftning.

Eksempel:

Overvej et simpelt eksempel på et system, der kører et program med et virtuelt adresserum på 4 GB. Hovedhukommelsen har kun 1 GB, og resten af ​​programmet er bosiddende på harddisken.

1. Når CPU'en forsøger at få adgang til en side, der ikke er i hukommelsen, opstår der en sidefejl.

2. MMU udløser en afbrydelse og signaliserer operativsystemet til at håndtere sidefejlen.

3. operativsystemet lokaliserer den manglende side på harddisken.

4. operativsystemet vælger en side i hukommelsen til at erstatte (ved hjælp af en sideudskiftningsalgoritme) og skriver den til harddisken.

5. Den manglende side indlæses fra harddisken ind i den frigjorte hukommelsesplads.

6. Sidetabellen er opdateret for at afspejle den nye hukommelseskortlægning.

7. CPU genoptager udførelsen, der nu er i stand til at få adgang til den tidligere manglende side.

Kortfattet:

Efterspørgsel Paging er afhængig af en kombination af hardware- og softwarekomponenter til at styre virtuel hukommelse effektivt. MMU, sekundær opbevaring, sidetabel og andre hardware -supportfunktioner spiller afgørende roller for at muliggøre den sømløse drift af efterspørgselsbetingelse, hvilket muliggør effektiv hukommelsesstyring og effektiv ressourceudnyttelse.