Suporte de hardware para paginação de demanda
Demand Paging, uma técnica de memória virtual, conta com vários recursos de hardware para operar com eficiência. Esses recursos ajudam a gerenciar o fluxo de dados entre a memória principal e o armazenamento secundário, garantindo uma experiência contínua do usuário e minimizando a sobrecarga da memória.
Aqui está um detalhamento do suporte essencial de hardware para a Paging Demand:
1. Unidade de Gerenciamento de Memória (MMU): *
Tradução de endereço: O MMU é o componente principal responsável pela tradução de endereços virtuais gerados pela CPU em endereços físicos na memória principal. Esta tradução é crucial para a paginação da demanda, pois permite que o sistema acesse as páginas sob demanda sem exigir que todas as páginas estejam na memória simultaneamente.
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Page Table Management: O MMU também gerencia a tabela de páginas, uma estrutura de dados que mapeia as páginas virtuais para os quadros físicos na memória. Esta tabela é atualizada dinamicamente à medida que as páginas são carregadas e trocadas.
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Página Manipulação de falhas: Quando ocorre uma falha na página (tente acessar uma página que não está atualmente na memória), o MMU sinaliza para o sistema operacional, acionando uma rotina de manipulador de falhas de página.
2. Armazenamento secundário: *
Acesso rápido: O armazenamento secundário (normalmente discos rígidos ou SSDs) é usado para armazenar as páginas que não estão atualmente na memória principal. Para uma paginação eficaz da demanda, o armazenamento secundário deve ser capaz de recuperar rapidamente as páginas necessárias.
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Capacidade grande: O armazenamento secundário precisa ter capacidade suficiente para armazenar todas as páginas do espaço de endereço virtual.
3. Suporte de hardware para algoritmos de substituição de página: *
Página Entradas da tabela: As entradas da tabela da página devem incluir informações como o endereço físico da página, o bit de presença (indicando se a página está atualmente na memória) e o bit de modificação (para rastrear as alterações feitas na página).
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contadores de hardware: Algumas arquiteturas incluem contadores de hardware para rastrear a frequência de acesso à página ou outras métricas usadas por algoritmos de substituição de página (por exemplo, LRU, FIFO). Esta informação ajuda a otimizar as decisões de substituição da página.
4. Mecanismos de proteção de memória: *
Página Tabela Controle de Acesso: O MMU deve suportar mecanismos de controle de acesso à mesa para impedir que os processos acessem páginas não autorizadas. Isso garante segurança da memória e integridade de dados.
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Mecanismos de proteção de hardware: Mecanismos de proteção de hardware, como segmentação de memória e paginação, são essenciais para impedir que os programas acessem áreas de memória fora do espaço de endereço virtual alocado.
5. Mecanismo de interrupção: *
Página interrupções de falha: O sistema depende de interrupções para sinalizar falhas na página. Esse mecanismo de interrupção permite que o sistema operacional tome as ações necessárias, como recuperar a página que faltava no armazenamento secundário e atualização da tabela de páginas.
6. Mecanismo de relógio: *
tempo: Alguns algoritmos de substituição de página, como envelhecimento, usam um mecanismo de relógio para rastrear os tempos de acesso à página. Essas informações ajudam a identificar páginas acessadas com menos frequência, tornando -as candidatos mais prováveis para a substituição.
Exemplo: Considere um exemplo simples de um sistema executando um programa com um espaço de endereço virtual de 4 GB. A memória principal contém apenas 1 GB e o restante do programa reside no disco rígido.
1. Quando a CPU tenta acessar uma página que não está na memória, ocorre uma falha de página.
2. O MMU aciona uma interrupção, sinalizando o sistema operacional para lidar com a falha da página.
3. O sistema operacional localiza a página ausente no disco rígido.
4. O sistema operacional seleciona uma página na memória para substituir (usando um algoritmo de substituição de página) e o grava no disco rígido.
5. A página ausente é carregada do disco rígido no slot de memória libertado.
6. A tabela de páginas é atualizada para refletir o novo mapeamento de memória.
7. A CPU retoma a execução, agora capaz de acessar a página que faltava anteriormente.
em resumo: A paginação de demanda depende de uma combinação de componentes de hardware e software para gerenciar a memória virtual com eficiência. Os recursos MMU, armazenamento secundário, tabela de páginas e outros recursos de suporte de hardware desempenham funções cruciais para permitir a operação perfeita da paginação de demanda, permitindo gerenciamento eficiente de memória e utilização eficaz de recursos.
