Какова цель логических адресов в операционной системе? Почему они генерируются

Question

Я хочу знать, почему ЦП генерирует логические адреса, а затем отображает их в физические адреса с помощью диспетчера памяти?Зачем они нам нужны?

Answer 1

Перевод логических адресов выполняет несколько функций.

Одним из них является поддержка общего отображения системного адресного пространства для всех процессов. Это позволяет любому процессу обрабатывать прерывания, поскольку системные адреса, необходимые для обработки прерываний, всегда находятся в одном и том же месте независимо от процесса.

Система логического перевода также обеспечивает защиту страниц. Это позволяет защитить общее системное адресное пространство от того, что с ним связываются отдельные пользователи. Это также позволяет защитить адресное пространство пользователя, например, сделать код и данные доступными только для чтения, для проверки ошибок.

Логический перевод также является необходимым условием для реализации виртуальной памяти. В системе виртуальной памяти адресное пространство каждого процесса создается во вторичном хранилище (т. Е. На диске). Страницы в адресном пространстве вносятся в память по мере необходимости. Систему такого типа было бы невозможно реализовать, если бы процессы с большими адресными пространствами должны были отображаться непрерывно в памяти.

Answer 2

Виртуальные адреса требуются для запуска нескольких программ на компьютере.

Предположим, что нет механизма виртуальных адресов. Компиляторы и редакторы ссылок генерируют макет памяти с заданным шаблоном. Инструкция (текстовый сегмент) размещается в памяти с адреса 0. Затем идут сегменты для инициализированных или неинициализированных данных (data и bss) и динамической памяти (куча и стек). (см., например, https://www.geeksforgeeks.org/memory-layout-of-c-program/, если у вас нет представления о расположении памяти)

Когда вы запустите эту программу, она будет занимать часть памяти, которая больше не будет доступна для других процессов совершенно непредсказуемым образом. Например, адреса от 0 до 1M будут заняты, или от 0 до 16k, или от 0 до 128M, это полностью зависит от характеристик программы. Если теперь вы хотите одновременно запустить вторую программу, куда ее инструкции и данные попадут в память? Адреса памяти генерируются компилятором, который, очевидно, не знает во время компиляции, что будет свободной памятью. И помните, что адреса памяти (для инструкций или данных) как-то жестко запрограммированы в программном коде.

Вторая проблема возникает, когда вы хотите запустить много процессов и вам не хватает памяти. В таких ситуациях некоторые процессы выгружаются на диск и позже восстанавливаются. Но после восстановления процесс пойдет туда, где память свободна, и снова, это что-то непредсказуемое и потребует изменения внутренних адресов программы.

Виртуальная память упрощает все эти задачи. При запуске процесса (или восстановлении его после замены) система просматривает свободную память и заполняет таблицы страниц, чтобы создать сопоставление между виртуальными адресами (управляемыми процессором и всегда неизменными) и физическими адресами (что зависит от свободной памяти на компьютер в данный момент).