10. Виртуальная память со страничной организацией в процессорах Pentium и UltraSPARC III.

Управление памятью в процессоре Pentium 4

• Физическое адресное пространство 4 Гбайта, что определяется 32-разрядной шиной адреса.
• Сложная система виртуальной памяти, которая поддерживает страничную организацию, чистую сегментацию, сегментацию с разбиением на страницы.
• Локальная таблица дескрипторов (Local Descriptor Table) описывает локальные сегменты каждой программы (код, данные, стек и т.д.).
• Глобальная дескрипторная таблица (Global Descriptor Table) – системные сегменты, в том числе сегменты операционной системы.

UltraSPARC III

• 64-разрядная машина, поддерживающая виртуальную память со страничной организацией.
• При этом программы не могут использовать всё 64-разрядное адресное пространство целиком.
• Доступная виртуальная память делится на 2 области по 2^43 байт. Одна из них находится в верхней части виртуального адресного пространства, другая – в нижней. Область между ними не используется.
• Поддерживается 4 размера страниц: 8, 64, 512 Кбайт и 4 Мбайт.

Управление виртуальной памятью

• Линейная таблица страниц потребует слишком много памяти, поэтому используется другой подход.
• MMU содержит раздельные TLB для страниц данных и кода емкостью по 64 записи каждый.
• Запись TLB содержит номер виртуальной страницы, номер физической страницы, идентификатор процесса.
• При трансляции сравнение номера виртуальной страницы выполняется одновременно для всех записей. При совпадении номер страничного кадра объединяется с исходным смещением на странице.

Буфер хранения преобразований (TSB)

• ОС сохраняет наиболее часто используемые элементы буфера TLB в таблице под названием буфер хранения преобразований (TSB – translation storage buffer). Эта таблица простроена как программный кэш прямого отображения виртуальных страниц.
• Каждый 16-байтный элемент данной таблицы содержит бит достоверности, номер контекста, тег виртуального адресного пространства, номер физической страницы и несколько флаговых битов.
• Если размер кэш-памяти составляет, например, 8192 элемента, тогда все виртуальные страницы, у которых младшие 13 битов отображаются в 0000000000000, будут претендовать на элемент 0 в данной таблице.
• Размер таблицы задается программно.
• Индекс для ускорения поиска предвычисляется аппаратно при возникновении прерывания.

Порядок обработки промаха TLB

1. Промах TLB обрабатывается операционной системой. При этом сначала осуществляется поиск элемента в TSB.
2. Если нужный элемент присутствует, то он загружается в TLB. Для освобождения ячейки в TLB используется политика LRU.
3. Если нужного элемента нет в TSB, то ОС обращается к таблице трансляции.
4. Если страницы нет в таблице трансляции, то происходит обычное страничное прерывание.

Сравнение механизма виртуальной памяти