Eine umgekehrte Seitentabelle (IPT) ist eine Seitenzusammenstellung, die in Betriebssystemen verwendet wird, um den Speicheraufwand zu verringern, der mit herkömmlichen Seitentabellen zugeordnet ist. Lassen Sie uns ihren Zweck und die Funktionalität aufschlüsseln:
Zweck:
* Speicherverbrauch reduzieren: Das Hauptziel einer umgekehrten Seitentabelle ist es, die Menge an RAM, die zum Speichern der Seitentabelle selbst erforderlich ist, erheblich zu reduzieren. Herkömmliche Seitentabellen erfordern einen Eintrag pro virtueller Seite, der enorm sein kann, insbesondere bei großen virtuellen Adressräumen. Ein IPT im Gegensatz dazu erfordert nur einen Eintrag pro * physischer * Seitenrahmen. Dies ist fast immer eine weitaus kleinere Zahl.
* Adressraum Unabhängigkeit: Die IPT ist eine globale Tabelle, im Gegensatz zu herkömmlichen Seitentabellen, die jedem Prozess zugeordnet sind.
Funktionalität:
1. Struktur:
* Die invertierte Seitentabelle ist ein Array, das durch die physikalische Seitenrahmennummer indiziert wird .
* Jeder Eintrag in der Tabelle enthält typischerweise die folgenden Informationen:
* Prozess -ID (PID): Identifiziert den Prozess, der die virtuelle Seite besitzt, die diesem physischen Seitenrahmen zugeordnet ist.
* virtuelle Seitennummer (VPN): Gibt die virtuelle Seitennummer an, die dieser physischen Seite zugeordnet ist.
* Schutzbits: (z. B. lesen, schreiben, Berechtigungen ausführen) Diese bestimmen, welche Vorgänge auf der Seite zulässig sind.
* gültiges Bit: Gibt an, ob der Eintrag gültig ist (d. H. Eine Zuordnung existiert).
2. Adressübersetzung (virtuell bis physisch):
Der Prozess der Übersetzung einer virtuellen Adresse in eine physische Adresse ist komplexer als bei herkömmlichen Seitentabellen.
A. Hash -Funktion: Wenn die CPU eine virtuelle Adresse übersetzen muss, wendet sie eine Hash -Funktion auf die Kombination des pid an und die vpn (aus der virtuellen Adresse). Diese Hash -Funktion erzeugt einen Index.
B. SOKOUP: Der Index aus der Hash -Funktion wird verwendet, um die IPT zu untersuchen.
C. Kollisionsbehandlung: Da eine Hash -Funktion Kollisionen erzeugen kann (verschiedene PID/VPN -Kombinationen Hashing in denselben Index), muss der IPT -Eintrag * * auch die tatsächliche PID und VPN speichern.
D. Überprüfung: Das Betriebssystem vergleicht PID und VPN im IPT -Eintrag mit der PID des aktuellen Prozesses und dem VPN von der virtuellen Adresse. Wenn sie übereinstimmen * und * Das gültige Bit ist festgelegt, wird ein Match gefunden, und die physische Seitenrahmennummer (der Index in die IPT) wird als Teil der endgültigen physischen Adresse verwendet.
e. Mismpatches/Seitenfehler handeln:
* Wenn die PID/VPN nicht übereinstimmt oder das gültige Bit klar ist, ist eine Kollision aufgetreten oder die virtuelle Seite ist derzeit nicht einem physischen Rahmen zugeordnet. Das Betriebssystem muss einen Kollisionsauflösungsmechanismus verwenden (häufig verkettet oder adressiert), um nach dem richtigen Eintrag in der IPT zu suchen.
* Wenn nach der Suche die Seite noch nicht gefunden wird, tritt ein Seitenfehler auf. Das Betriebssystem übernimmt den Seitenfehler (z. B. indem die Seite von der Festplatte in den Speicher geladen wird).
3. Seitenersatz:
Wenn eine neue Seite in den Speicher gebracht werden muss und es keine freien Rahmen gibt, wird ein Seiten -Ersatzalgorithmus (z. B. LRU, FIFO) verwendet, um eine Seite auszuwählen, um zu räumen. Der IPT -Eintrag für den Rahmen für den vergebenen Seitenrahmen wird aktualisiert, um ihn als ungültig zu markieren, und die Zuordnung der neuen Seite wird im selben IPT -Eintrag gespeichert (nachdem die Daten der alten Seite gegebenenfalls auf die Festplatte zurückgeschrieben wurden).
Vorteile von invertierten Seitentabellen:
* reduziertem Speicheraufwand: Für die Seitentabelle selbst ist ein wesentlich weniger Speicher erforderlich, insbesondere für große virtuelle Adressräume.
* Globale Ansicht: Einfacher zu implementieren globale Seiten -Austauschalgorithmen, da alle Seitenzuordnungen in einer Tabelle zentralisiert sind.
Nachteile von invertierten Seitentabellen:
* erhöhte Lookup -Komplexität: Die Adressübersetzung ist aufgrund der Hashing- und Kollisionsauflösung komplexer und zeitaufwändiger.
* TLB Missstrafe: Ein TLB (Translation Lookside Puffer) ist ein Hardware-Cache, der die neuesten virtuellen zu physischen Adressübersetzungen speichert. Da IPT -Lookups komplex sind, hat ein TLB -Fehl eine viel höhere Leistungsstrafe als mit einfacheren Seitentabellenschemata.
* Schwierige Freigabe: Das Teilen von Seiten zwischen Prozessen kann komplexer sein, da die Verwaltung der Zugriffskontrolle innerhalb der IPT -Einträge erforderlich ist. Dies wird jedoch häufig mit fortgeschrittenen Gedächtnisverwaltungstechniken behandelt.
Warum nicht allgemein verwendet?
Während die Speichereinsparungen attraktiv sind, haben die gesteigerten Such -Overhead- und TLB -Missstrafen die IPTs in der Vergangenheit weniger beliebt gemacht als andere Seitentabellenprogramme, insbesondere bei Architekturen, bei denen die Leistung von größter Bedeutung ist. Bei den Fortschritten in Hardware (schnellere Prozessoren, größere Caches, bessere Hash-Funktionen, TLB-Designs) und die zunehmende Nachfrage nach sehr großen virtuellen Adressräumen wurden jedoch ein erneuter Interesse an IPT-ähnlichen Strukturen, manchmal in hybriden Ansätzen in Kombination mit mehrstufigen Seitentabellen.
Zusammenfassend:
Eine invertierte Seitentabelle ist eine Speicherverwaltungs -Technik, die den Speicherausdruck der Seitentabelle reduziert, indem sie sie eher nach physischem Seitenrahmen als auf virtuelle Seitennummer indizieren. Dies gilt für die Kosten für die Komplexität der Übersetzungsverletzung und eine höhere TLB -Fehlanstrengung. Obwohl es nicht allgemein verwendet wird, kann es in Systemen mit sehr großen virtuellen Adressräumen von Vorteil sein, in denen die Speichereffizienz kritisch ist.