Якщо віртуальний адресний простір може бути більшим, ніж фізичний адресний простір, як відображення адрес зберігаються в пам'яті?

Скажімо, ми працюємо з системою, яка має 40 бітів фізичної адреси. Загальний фізичний адресний простір (якщо припустити байт-адресовану пам'ять) становить байт, або 1 TiB. А якщо віртуальні адреси мають довжину 48 біт, це означає, що у віртуальній пам'яті доступно більше адрес, ніж у фізичній пам'яті. $2^{40}$

Це має сенс для мене, тому що "зайві" адреси можуть стосуватися і місць на жорсткому диску. Однак я не розумію, як відбувається переклад між віртуальними та фізичними адресами. Я припускаю, що десь зберігається відображення, яке пов'язує розташування VAS з фізичними місцями. Якщо існує більше віртуальних адрес, ніж фізичних, як усі ці відображення, можливо, зберігаються в пам'яті? Як мінімум, вам знадобиться 48 біт для зберігання кожної віртуальної адреси, а потім ще 40 для зберігання фізичного місця, на яке вона відображається. Тож очевидно, що ви не можете просто зберігати 1: 1 відображення кожної віртуальної адреси до її фізичного аналога, оскільки для картографування кожного місця потрібно більше пам'яті, ніж сама фізична пам'ять.

Що саме мені тут не вистачає?

memory-management virtual-memory memory-access

— Бред Борд
джерело

Ви не можете цього зробити навіть при невеликій кількості пам'яті та адресного простору. Якби у вас були 16-бітні фізичні адреси та 16-бітні віртуальні адреси, ви все одно не змогли б зберегти всі відображення 1: 1!

— користувач253751

Проблема складніша навіть, ніж ви думаєте. Комп'ютери рідко мають ТБ пам’яті, тому фізична пам’ять на ВАС менше, ніж віртуальний адресний простір. Ще гірше: кожен процес має абсолютно окремий віртуальний адресний простір!

— Mooing Duck

Окрім місця на жорсткому диску, у вас просто є біт / простір, щоб витратити на сміття. Наприклад, ви можете мати велику область нижче стека без мапи, щоб уникнути невиявлених переливів. Ви можете рандомізувати те, що ви завантажуєте, коли запобігаєте іншим класам атак . Хочете позначити одним бітом, якщо адреса належить ядру або користувачеві - продовжуйте, навіть якщо ви витрачаєте половину місця. Хоча більшість підручників зосереджені на вичерпності аспекту віртуальної пам'яті, є набагато більше.

— Мацей П'єхотка

(Також зауважте, що адреси можуть бути псевдонімами, що іноді корисно, тому VA A і адреса B посилаються на той самий PA P, навіть якщо A! = B.)

— Мацей П'єхотка

Трюк, щоб зробити цю роботу, - це "пейджінг". Заносячи дані з жорсткого диска у фізичну пам'ять, ви не просто наближаєте кілька байтів. Ви приносите цілу сторінку. 4 к байт - дуже поширений розмір сторінки.

Якщо вам потрібно лише відслідковувати сторінки, а не кожен окремий байт, відображення стає значно дешевшим. Якщо у вас є 48-бітовий адресний простір та 4096 байт-сторінок, вам потрібно лише відстежити, яка з 2 ^ 36 сторінок (приблизно 69 мільярдів сторінок). Це набагато простіше! Запис, де знаходяться всі сторінки, відомий як "таблиця сторінок".

Якщо вам дійсно потрібно 1-256 тиб оперативної пам’яті, то відмова від кількох гігабайт для зберігання цієї таблиці сторінок не велика справа. На практиці ж ми зробимо такі речі, як використання багаторівневих таблиць сторінок , що дозволяє нам бути ефективнішими, зберігаючи сторінки лише для регіонів адресного простору, якими ми насправді користуємося.

— Корт Аммон
джерело

Файл сторінки - це термін Windows для фізичного файлу на диску, що містить вміст фізичних фреймів сторінок, які були відновлені через брак пам'яті, вміст яких потрібно зберігати. Якщо я не помиляюся, структуру даних, що відображає адреси віртуальних сторінок на фізичні адреси сторінок, слід називати таблицею сторінок .

— Відновіть Моніку - ζ--

@hexafraction Я думаю, ти маєш рацію. Я змінив.

— Корт Аммон

Якщо фактична пам'ять є великою, ще одним способом зменшення пам'яті, необхідної для таблиць сторінок, є створення великих сторінок. x86 має можливість змішати 4 сторінки KiB з 2/4 сторінками MiB.

— Нейт Елдредж