BỘ NHỚ MÁY TÍNH (DTV340) - BỘ NHỚ ẢO

Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Điện tử Viễn thông

BỘ NHỚ MÁY TÍNH

(DTV340)

IX. BỘ NHỚ ẢO

04/05/13

1


Địa chỉ vật lý


Cách tự nhiên nhất để truy xuất bộ nhớ chính là sử dụng
địa chỉ vật lý.

04/05/13

2


Khái niệm “Ảo”







Bộ nhớ ảo: mức của thao tác gián tiếp tới bộ nhớ
vật lý:
Chương trình sử dụng địa chỉ bộ nhớ ảo.
Địa chỉ bộ nhớ ảo được chuyển thành địa chỉ vật
lý.
Địa chỉ vật lý cho thấy vị trí của dữ liệu trong bộ
nhớ vật lý.

04/05/13

3


Khái niệm “Ảo”
 Chương trình máy tính
tưởng rằng nó có một dải
dài các địa chỉ liên tục
trong bộ nhớ; nhưng trong
thực tế một số phần đang
được sử dụng nằm rải rác
trong RAM, cịn các phần
tạm thời khơng dùng đến
được lưu trữ trong một file
trên đĩa cứng.
04/05/13

4

Tại sao sử dụng bộ nhớ
ảo?
Các
thách thức trong chia sẻ bộ nhớ giữa các q trình:
Bộ nhớ chính thì khơng đủ lớn để thực hiện các nhiệm
vụ.
 Khi một chương trình ở ngồi khơng gian, nó khơng thể
chạy chính xác.
 Xung đột quá trình.
Giải pháp cho vấn đề này? Bộ nhớ ảo.


Những lợi ích chính của việc sử dụng bộ nhớ ảo:
 Làm việc như một cache cho dữ liệu trên đĩa, truyền dữ liệu
giữa đĩa và bộ nhớ chính-> làm cho bộ nhớ chính lớn hơn.
(looks bigger)
 Bảo vệ q trình khơng bị nhiễu bởi chương trình khác.
 Cơ chế VM làm việc tự động và ngầm định.
04/05/13

5


VM giống 1 Bộ đệm





VM được chia thành những khối kích thước cố định gọi là
trang ảo (VPs)
Bộ nhớ vật lý được chia thành trang vật lý(PPs)
Kích cỡ 2 cái này bừng nhau PPs size = VPs size

04/05/13

6


Trạng thái của VPs


Không định rõ: Trang không được tạo bởi hệ
thống VM. Chúng không tồn tại trên đĩa.



Bộ đệm: Định rõ vị trí trang là bộ đệm hiện thời
trên bộ nhớ chính.



Khơng phải bộ đệm: xác định rõ trang không
phải là bộ đệm hiện thời trên bộ nhớ.
04/05/13

7

Địa chỉ ảo


Hợp tác chặt chẽ giữa phần cứng và hệ điều hành là cần
thiết trong chuyển dịch địa chỉ.

04/05/13

8


Hệ thống VM
Sự kết hợp của
 Cấu trúc dữ liệu trong bộ nhớ chính được biết
đến như Bảng Trang cái chuyển từ VPs thành
PPs
 OS phần mềm(Bảng Trang duy trì và truyền
VM-PM)
 Phần cứng chuyển dịch địa chỉ.(MMU)


Phần cứng truyền địa chỉ đọc Bảng Trang mỗi
khi nó chuyển từ địa chỉ ảo sang địa chỉ thật.
04/05/13

9


Hệ điều hành VM
Quá trình hoạt động:












Hệ thống VM kiểm tra một VP có phải là Bộ đệm trong bộ
nhớ chính hay là khơng.
Nếu đúng, tìm ra vùng vật lý của VP này trong bộ nhớ chính.
Nếu có bỏ lỡ, thao tác thay thế được thực hiện.
Tìm ra vị trí vật lý của VP đó trên đĩa.
Chọn các trang nạn nhân trong bộ nhớ chính, thay thế nó
bằng các VP cần thiết.

Đặc điểm:
Bộ nhớ chính là DRAM – nền tảng bộ nhớ> thiếu hụt lớn
Thuật toán thay thế là phức tạp hơn so với một sử dụng
cho bộ đệm SRAM
04/05/13

10


Bảng Trang

Bảng Trang là một mảng của Mục nhập Bảng
Trang(PTE) , mỗi VP có 1 PTE ở fixed offset trong Bảng
Trang.
Mỗi PTE gồm 2 trường: bit giá trị và n-bit địa chỉ.
04/05/13

11


Bảng trang

04/05/13

12


Truy cập Trang

04/05/13

13


Lỗi Trang

04/05/13

14

Thay thế trên Trang Lỗi

VP4 được chọn là 1 trang nạn nhân.
Cho nên nó được thay thế bởi VP3
04/05/13

15


Cấp phát Trang

Update
PTE 5

Tạo khơng
gian trên đĩa.
Trong lập trình C, Hệ điều hành cấp phát
trang mới của VM như một kết quả của
việc gọi hàm “malloc”
04/05/13

16


VM giống như 1 quản lý bộ
nhớ


Hệ điều hành cung cấp bảng trang riêng biệt, hoặc riêng
biệt không gian địa chỉ ảo cho mỗi quá trình.

04/05/13

17


Lợi ích của quản lý bộ nhớ









Kết nối đơn giản:
Cho phép mỗi quá trình sử dụng định dạng tương
tự cho hình ảnh bộ nhớ của nó, khơng phân biệt nơi
mã là thực sự nằm.
Chia sẻ đơn giản:
Cho phép chia sẻ giữa các quá trình nếu cần
thiết(vd: truy xuất thư viện C cơ bản)
Cấp phát đơn giản:
Cung cấp cơ chế của việc cấp phát khơng gian địa
chỉ cho q trình( bởi vì cấp phát trang có thể được
phân tán ngẫu nhiên trong bộ nhớ vật lý)
04/05/13

18



VM giống như bảo vệ quá
trình
PTEs thì được duyệt bất cứ khi nào truyền địa

chỉ xảy ra.
 Hãy sử dụng sự kiện này để tạo ra các điều
khiển truy cập
 Kiểm sốt truy cập giúp để thực hiện quy trình
quản lý tốt hơn
Vd: Q trình sử dụng có thể được ngăn chặn từ
dữ liệu cá nhân, chia sẻ các trang ảo không thể
được sửa đổi ...

04/05/13

19


VM giống như bảo vệ quá
trình

04/05/13

20