Разделение оперативной памяти

Тут ситуация чуть более простая, если в ней не разбираться, и чуть более сложная, если в ней разбираться досконально. #Никому не надо рассказывать слишком подробно, что На некотором уровне абстракции оперативная память представляет собой последовательность ячеек с номерами от 0 до самого большого значения, и сколько у нас воткнуто в плату памяти, столько и будет. Однако, в действительности всё значительно сложнее.

Существует несколько видов адресов памяти. В системах, которые ведут свое происхождение от однозадачных систем и не обеспечивают надлежащее разделение памяти между задачами (типичная такая система -- DOS, а также, с оговорками, Windows 3.*), основной являются физические адреса памяти --- одна программа занимает адреса от 1000 до 100000, другая от 120000 до 202000 байт, и так далее.

Если при этом одной программе по причине ошибки приходило в голову исписать нулями не свою, а "чужую" память (начав, к пример, в своей, а в результате ошибки убежав за границу), то тогда она убивала всю оперативную память, доступную операционной системе, и компьютер "зависал". Типичная ситуация в DOS: написал программу на языке Си с ошибкой, запустил, в итоге перегрузил компьютер. В младших версиях Windows наблюдалось то же самое, причём отдельные рецидивы были вплоть до Windows 98 (но не в линейке полноценных ОС Windows NT).

Операционные системы, которые обеспечивают нормальное разделение памяти, пользуются аппаратным страничным механизмом разделения памяти, котому уже около 30-ти лет, а в недорогих компьютерах он появился вместе с процессором Intel i386 почти четверть века назад. Устроен этот механизм следующим образом. Вся оперативная память делится на страницы некоторого фиксированного размера (обычно по 4096 байт). Пусть запускаются два процесса в псевдо-параллельном режиме, причём никто из них не ведёт обмен с внешними устройствами, а жаждет лишь выполняться на процессоре. Для каждого создается контекст процесса, набор регистров, который нужно хранить, и все остальное, потом каждый из них запрашивает себе память, которая ему выделяется. Куски памяти, запрошенные разными процессами, с физической точки зрения перемешаны совершенно произвольно. Но реальных адресов с 0 до полного объема памяти ни один процесс не наблюдает. У него происходит аппаратно поддерживаемое со стороны процессора преобразования виртуального адреса, с которым они работают, в адрес физический.

При этом все страницы памяти, принадлежащие процессу, складываются в некоторую т.н. виртуальную память с непрерывной адресацией (допустим, объёмом 100 Mb), которую, собственно, и "видит" этот процесс. В таких случаях в понятие контекста процесса включается указанное преобразование, поскольку для каждого процесса оно своё. Когда процесс обращается к памяти, он видит только ту память, которую ему выдали, от нулевого адреса и до конца запрошенной памяти (видит он даже до физически максимального адреса). Доступ же в память напрямую, по произвольному физическому адресу, процессу запрещён.

Из скольких страниц состоит выделенная процессу память и какие у них физические адреса --- процессор не волнует, это проблема операционной системы. Пусть у нас всего 1 Гб памяти, процесс заказал 100 Мб, он 100 Мб получил, а эти 100 Мб собраны из 25600-ти страниц памяти по 4 Кб каждая.

Аналогичная ситуация происходит со вторым процессом программой, который так же видит только свою память, строго от нуля, чужую память он не видит в принципе. Таким образом, при использовании виртуальной памяти программа не может случайно испортить чужую память. По предварительной договорённости можно обратиться в вышестоящей организации и сказать: у меня есть две программы, которые используют общий сегмент памяти, разреши им пользоваться, потому что так проще данные передавать: одна запишет, другая возьмёт. Операционная ситсема ответит: хорошо, тогда вот вам еще один сегмент, который будет подключен в адресное пространство обоих процессов (со своими адресами). Когда один процесс в него пишет, другой процесс сразу видит изменения. Но, в отличие от ситуации, когда программа расписала нулями всю чужую память, эта ситуация --- контролируемая. Вы написал программы так, что они заказали себе один и тот же сегмент, и по Вашей воле производят там изменения.

Ещё один достоинством страничной организации памяти и виртальных адресов является возможность записать малоиспользыемые процессом таблицы памяти на диск, а при обращении к ним считать их обратно в память, причём все это совершенно незаметно для процесса. Так устроена подкачка памяти с диска ("своп").

Поиск по сайту: