Virtuel til fysisk adresseoversættelse:En rejse gennem hukommelsen

Virtuelle adresser er de adresser, der bruges af programmer, mens fysiske adresser er de faktiske placeringer i RAM, hvor data er gemt. Denne oversættelse er afgørende af flere grunde:

1. Beskyttelse: Hver proces kører i sit eget virtuelle adresserum og forhindrer en proces i at blande sig med en anden.

2. Effektivitet: Processer kan indlæses og aflæses i hukommelsen uden at påvirke andre processer og maksimere hukommelsesforbruget.

3. Fleksibilitet: Den samme virtuelle adresse kan pege på forskellige fysiske adresser, hvilket tillader dynamisk hukommelsesallokering.

Her er, hvordan virtuel til fysisk adresseoversættelse fungerer:

1. Hukommelsesstyringsenhed (MMU): Denne hardwarekomponent er ansvarlig for oversættelsesprocessen. Den bruger en side -tabel at kortlægge virtuelle adresser til fysiske adresser.

2. Sidetabel: Denne tabel er en datastruktur, der gemmer kortlægninger mellem virtuelle og fysiske adresser. Hver post i sidetabellen repræsenterer en side i hukommelsen, som er en enhed i fast størrelse (typisk 4KB).

3. Virtuel adresse nedbrydning: Den virtuelle adresse er opdelt i to dele:

* Sidenummer: Identificerer den side, der indeholder de ønskede data.

* Offset: Identificerer placeringen af ​​dataene på siden.

4. Sidetabelopslag: MMU bruger sidetummeret til at finde den tilsvarende post i sidetabellen. Denne post indeholder den fysiske adresse på siden i hukommelsen.

5. Beregning af fysisk adresse: Den fysiske adresse beregnes ved at kombinere den fysiske sideadresse fra sidetabellen med forskydningen fra den virtuelle adresse.

Eksempel:

* Virtuel adresse: 0x12345678

* Sidestørrelse: 4KB (4096 byte)

* Sidenummer: 0x12345 (beregnet ved at dele den virtuelle adresse efter sidestørrelse)

* Offset: 0x678 (den resterende del af den virtuelle adresse)

MMU ser op på sidetalet (0x12345) i sidetabellen og finder den tilsvarende fysiske sideadresse, siger 0xabcdef00.

* Fysisk adresse: 0xabcdef00 + 0x678 =0xabcdef678

Yderligere detaljer:

* Sidetabeller på flere niveauer: For at forbedre effektiviteten for større adresserum kan sidetabeller være hierarkiske med flere niveauer.

* Oversættelses lookaside buffer (TLB): MMU bruger ofte en cache kaldet TLB til at gemme for nylig anvendte oversættelser. Dette fremskynder adresseoversættelse ved at undgå gentagne sidetabelopslag.

* Virtuel hukommelse: Konceptet med virtuel adresserum giver mulighed for brug af virtuel hukommelse, hvor data kan gemmes på sekundær opbevaring (som harddisk) og byttes i RAM efter behov.

Forståelse af denne proces er afgørende for at forstå, hvordan operativsystemer administrerer hukommelse, og hvordan programmer får adgang til data i RAM.