Question

Что такое и какие бывают архитектуры таблиц страниц?

Answer 1

При простой реализации отображение виртуальных адресов на физические может быть сведено к следующему: виртуальный адрес делится на номер виртуальной страницы (старшие биты) и смещение (младшие биты). К примеру, при 16-разрядной адресации и размере страниц в 4 Кбайт старшие 4 бита могут определять одну из 16 виртуальных страниц, а младшие 12 бит могут определять смещение в байтах (от 0 до 4095) внутри выбранной страницы. Но для страницы также можно выделить 3 или 5 или какое-нибудь другое количество битов. Различные варианты выделения подразумевают различные размеры страниц. 

Номер виртуальной страницы используется в качестве индекса внутри таблицы страниц, который нужен для поиска записи для этой виртуальной страницы. Из записи в таблице страниц берется номер страничного блока (если таковой имеется). Номер страничного блока присоединяется к старшим битам смещения, заменяя собой номер виртуальной страницы, чтобы сформировать физический адрес, который может быть послан к памяти. 

Таким образом, предназначение таблицы страниц заключается в отображении виртуальных страниц на страничные блоки. С математической точки зрения таблица страниц — это функция, в которой в качестве аргумента выступает номер виртуальной страницы, а результатом является номер физического блока. При использовании результата этой функции поле виртуальной страницы в виртуальном адресе можно заменить полем страничного блока, формируя таким образом адрес физической памяти.

Answer 2

Архитектура таблиц страниц (или архитектура страниц) является основной концепцией организации виртуальной памяти в компьютерных системах. Она определяет, как операционная система разбивает виртуальную память на фиксированные блоки, называемые страницами, и как эти страницы отображаются на физическую память.

Существует несколько различных архитектур таблиц страниц, которые используются в разных архитектурах процессоров. Ниже рассмотрены две наиболее распространенные архитектуры таблиц страниц:

1. Архитектура таблиц страниц с одним уровнем: В этой архитектуре используется одна таблица страниц, которая содержит записи для всех страниц виртуальной памяти. Каждая запись таблицы страниц обычно содержит флаги состояния страницы (например, присутствует или отсутствует), а также физический адрес страницы. При обращении к памяти процессор использует виртуальный адрес для поиска соответствующей записи в таблице страниц и получения физического адреса.

2. Архитектура таблиц страниц с многоуровневой иерархией: В этой архитектуре таблицы страниц организованы в иерархическую структуру с несколькими уровнями. Каждый уровень таблицы страниц содержит записи, ссылающиеся на таблицы следующего уровня. Последний уровень таблицы страниц содержит записи, указывающие на физические адреса страниц. Эта иерархическая структура позволяет эффективно управлять большими объемами виртуальной памяти, так как она позволяет разбивать таблицы страниц на более мелкие части.

Архитектуры таблиц страниц используются для обеспечения изоляции процессов, виртуальной памяти и поддержки различных механизмов защиты памяти. Они также позволяют операционной системе эффективно управлять памятью и упрощают адресацию виртуальной памяти.