Физическая память и страничный файл

В старых операционных системах физической памятью считалась вся оперативная Я память (RAM), установленная в компьютере. Иначе говоря, если в Вашей машине было Я 16 Мб оперативной памяти, Вы могли загружать и выполнять приложения, использу-

ющие вплоть до 16 Мб памяти Современные операционные системы умеют имитировать память за счет дискового пространства. При этом на диске создается страничный файл (paging file), который и содержит виртуальную память, доступную всем процессам.

Разумеется, операции с виртуальной памятью требуют соответствующей поддержки от самого процессора. Когда поток пытается обратиться к какому-то байту, процессор должен знать, где находится этот байт — в оперативной памяти или на диске.

С точки зрения прикладной программы, страничный файл просто увеличивает объем памяти, которой она может пользоваться Если в Вашей машине установлено 64 Мб оперативной памяти, а размер страничного файла на жестком диске составляет 100 Мб, приложение считает, что объем оперативной памяти равен l64 Мб.

Конечно, l64 Мб оперативной памяти у Вас на самом деле нст Операционная система в тесной координации с процессором сбрасывает содержимое части оперативной памяти в страничный файл и по мере необходимости подгружает его порции обратно в память Если такого файла нет, система просто считает, что приложениям доступен меньший объем памяти, — вот и все Но, поскольку страничный файл явным образом увеличивает объем памяти, доступный приложениям, его применение весьма желательно. Это позволяет приложениям работать с большими наборами данных.

Рис. 13-1. Примеры адресных пространств процессов для разных типов процессоров

Физическую память следует рассматривать как данные, хранимые в дисковом файле со страничной структурой. Поэтому, когда приложение передает физическую память какому-нибудь региону адресного пространства (вызывая VirtualAttoc), она на самом деле выделяется из файла, размещенного на жестком диске Размер страничного файла в системе — главный фактор, определяющий количество физической памяти, доступное приложениям Реальный объем оперативной памяти имеет гораздо меньшее значение

Теперь посмотрим, что происходит, когда поток пытается получитьдоступ к блокуданных в адресном пространстве своего процесса. А произойти может одно из двух (рис. 13-2).

Рис. 13-2. Трансляция виртуального адреса на физический

В первом сценарии данные, к которым обращается поток, находятся в оперативной памяти. В этом случае процессор проецирует виртуальный адрес данных на физический, и поток получает доступ к нужным ему данным.

Во втором сценарии данные, к которым обращается поток, отсутствуют в оперативной памяти, но размещены где-то в страничном файле. Попытка доступа к данным генерирует ошибку страницы (page fault), и процессор таким образом уведом ляет операционную систему об этой попытке. Тогда операционная система начинае! искать свободную страницу в оперативной памяти; если таковой нет, система вынуждена освободить одну из занятых страниц. Если занятая страница не модифицировалась, она просто освобождается; в ином случае она сначала копируется из оператив-

ной памяти в страничный файл После этого система переходит к страничному файлу, отыскивает в нем запрошенный блок данных, загружает этот блок на свободную страницу оперативной памяти и, наконец, отображает (проецирует) адрес данных в виртуальной памяти на соответствующий адрес в физической памяти

Чем чаще системе приходится копировать страницы памяти в страничный файл и наоборот, тем болыпе нагрузка на жесткий диск и тем медленнее работает операционная система (При этом может получиться так, что операционная система будет гратить все свое время на подкачку страниц вместо выполнения программ.) Поэтому, добавив компьютеру оперативной памяти, Вы снизите частоту обращения к жесткому диску и тем самым увеличите общую производительность системы Кстати, во многих случаях увеличение оперативной памяти дает больший выигрыш в производительности, чем зяменя старого процессора на новый