47.Виртуальная память процессора

Процессор i80286 может непосредственно адресовать до 16 мегабайт физической памяти, однако реально компьютеры редко имеют оперативную память такого размера. Обычный размер оперативной памяти для IBM AT составляет 2-4 мегабайта. Механизм виртуальной памяти, реализованный в процессоре i80286, позволяет организовать память большого размера с использованием относительно небольшой физической оперативной памяти и дисковой памяти. Основная идея - хранение (и обновление) содержимого большой виртуальной памяти на диске, подкачивая отдельные участки виртуальной памяти в реальную оперативную память по необходимости. Процесс "подкачки" сегментов с диска в память и их выгрузки после изменения на диск называется свопингом. Операционная система должна вести учёт сегментов и знать, какие сегменты находятся в памяти, а какие - на диске. Процессор i80286 может оказать ей в этом существенную помощь. Последние два поля дескриптора - бит присутствия сегмента в памяти P и бит обращения к сегменту памяти A - предназначены для аппаратной реализации учёта сегментов. Бит P должен быть установлен в 1 для тех сегментов, которые находятся в физической памяти. Сегменты, временно отсутствующие в памяти и находящиеся на диске, помечаются в дескрипторе битом P, сброшенным в 0. Установкой и сбросом бита P занимается операционная система. А вот проверка этого бита - работа для процессора. Когда программа обращается к отсутствующему в физической памяти сегменту (загрузкой селектора в сегментный регистр), выполнение программы прерывается и управление передаётся операционной системе. Та, в свою очередь, подкачивает нужный сегмент в оперативную память и устанавливает для него бит P в 1, после чего работа программы возобновляется. Время от времени операционная система должна находить сегменты, к которым было обращение, и в случае их изменения сбрасывать на диск. Кроме того, если для закачки нового сегмента в физической памяти недостаточно свободного места, можно выгрузить самые старые сегменты из физической памяти на диск и на их место загрузить новый сегмент. Процессор может оказать помощь операционной системе в определении тех сегментов, к которым было обращение. Для этих сегментов бит обращения A устанавливается процессором в 1. Сбросить бит обращения можно только из программы, поэтому такая работа возлагается на саму операционную систему. Недостаток: так как все сегменты имеют разные размеры, и все они подкачиваются по очереди в одну область физической памяти, возможно возникновение фрагментации физической памяти. Операционная система может выполнить перемещение сегментов в физической памяти, изменив соответствующим образом 24-битовые базовые адреса сегментов в таблицах дескрипторов. После перемещения сегментов можно объединить все свободные участки памяти в один и использовать этот участок для загрузки нового сегмента. Так как программы защищённого режима не знают физических адресов памяти (они работают только с селекторами), перемещение сегментов никак не отразится на их работе.