Страничная организация памяти
Выполняемые параллельно на одном и том же компьютере различные задачи оперируют одними и теми же адресами памяти. Адрес памяти, который указывается в конкретной команде процессора, называется виртуальным. Для поддержки многозадачности операционная система должна отображать одни и те же виртуальные адреса у разных задач на различные физические адреса памяти.
Для отображения виртуальной памяти на физическую используется механизм страничной организации памяти. Вся физическая память делится на страницы, обычный размер страницы -- 4096 байтов (4 килобайта). Для каждой задачи выделяется специальная область памяти, в которой записаны адреса физических страниц, соответствующих виртуальным страницам. Адрес этой области содержится в специальном регистре процессора. Когда программа обращается к некоторому виртуальному адресу, то он делится на 4096, таким образом определяется номер виртуальной страницы. Затем адрес физической страницы, соответствующий данному номеру, извлекается из специальной области памяти, хранящей физические адреса виртуальных страниц. После этого к вычисленному таким образом адресу физической страницы прибавляется смещение внутри страницы, т.е. остаток от деления виртуального адреса на 4096 (на размер страницы).
Таким образом, разные задачи работают с одними и теми же виртуальными адресами, но с разными физическими адресами, не мешая друг другу.
Отметим еще один очень важный аспект виртуальной памяти. Объем физической памяти может быть меньше, чем объем виртуальной памяти. В этом случае используется механизм своппинга, т.е. вытеснения страниц физической памяти на диск. Считается, что объем пространства на диске компьютера практически бесконечен. Поэтому при нехватке физической памяти страницу виртуальной памяти можно разместить на диске. При обращении к этой странице операционная система сначала загружает ее с диска в физическую память. При этом, возможно, какая-то другая страница вытесняется на диск, чтобы освободить место. Отсюда и слово своппинг (swapping), что в переводе означает ``обмен''. Загрузка виртуальной страницы с диска происходит в результате синхронного прерывания в связи с отсутствием физической страницы в памяти.
Своппинг может замедлить выполнение программы в миллионы раз, это крайне нежелательное явление. Следует писать программы так, чтобы им всегда хватало физической памяти.
