En inverterad sidtabell (IPT) är en sidtabellorganisation som används i operativsystem för att minska minnet som är förknippat med traditionella sidtabeller. Låt oss bryta ner dess syfte och funktionalitet:
Syfte:
* Minska minnesförbrukningen: Det primära målet med en inverterad sidtabell är att avsevärt minska mängden RAM som krävs för att lagra sidtabellen själv. Traditionella sidtabeller kräver en post per virtuell sida, som kan vara enorm, särskilt med stora virtuella adressutrymmen. En IPT, däremot, kräver bara en post per * fysisk * sidram. Detta är nästan alltid ett mycket mindre antal.
* Adressutrymme oberoende: IPT är en global tabell, till skillnad från traditionella sidtabeller, som är associerade med varje process.
Funktionalitet:
1. Struktur:
* Den inverterade sidtabellen är en matris, indexerad av fysiska sidramnumret .
* Varje post i tabellen innehåller vanligtvis följande information:
* Process -ID (PID): Identifierar processen som äger den virtuella sidan som mappas till denna fysiska sidram.
* virtuellt sidnummer (VPN): Anger det virtuella sidnumret som är mappat till denna fysiska sida.
* Skyddsbitar: (t.ex. läs, skriv, kör behörigheter) Dessa avgör vilka operationer som är tillåtna på sidan.
* giltig bit: Anger om posten är giltig (dvs. en mappning finns).
2. Adressöversättning (virtuell till fysisk):
Processen att översätta en virtuell adress till en fysisk adress är mer komplex än med traditionella sidtabeller.
a. hash -funktion: När CPU måste översätta en virtuell adress tillämpar den en hashfunktion för kombinationen av pid och vpn (från den virtuella adressen). Denna hashfunktion producerar ett index.
b. Lookup: Indexet från hash -funktionen används för att undersöka IPT.
c. kollisionshantering: Eftersom en hashfunktion kan producera kollisioner (olika PID/VPN -kombinationer hashing till samma index), måste IPT -posten * också lagra den faktiska PID och VPN.
d. Verifiering: Operativsystemet jämför PID och VPN i IPT -posten med PID för den aktuella processen och VPN från den virtuella adressen. Om de matchar * och * den giltiga biten är inställd, hittas en match och det fysiska sidramnummer (indexet till IPT) används som en del av den slutliga fysiska adressen.
e. Hantering av felanpassningar/sidfel:
* Om PID/VPN inte matchar, eller den giltiga biten är klar, har en kollision inträffat eller den virtuella sidan är för närvarande inte mappad till en fysisk ram. OS måste använda en mekanism för kollisionsupplösning (ofta kedjan eller öppen adress) för att söka efter rätt post i IPT.
* Om sidan efter sökning fortfarande inte hittas, inträffar ett sidfel. OS hanterar sidfelet (t.ex. genom att ladda sidan från disken till minnet).
3. Sidersättning:
När en ny sida måste tas med i minnet och det inte finns några fria ramar, används en sidersättningsalgoritm (t.ex. LRU, FIFO) för att välja en sida som ska utkastas. IPT -posten för den utkastade sidramen uppdateras för att markera den som ogiltig, och den nya sidans mappning lagras i samma IPT -post (efter att den gamla sidans data har skrivits tillbaka till disken, om det behövs).
Fördelar med inverterade sidtabeller:
* reducerat minne över huvudet: Betydligt mindre minne behövs för själva sidtabellen, särskilt för stora virtuella adressutrymmen.
* Global View: Enklare att implementera globala sidersättningsalgoritmer eftersom alla sidkartläggningar är centraliserade i en tabell.
Nackdelar med inverterade sidtabeller:
* Ökad uppslagskomplexitet: Adressöversättning är mer komplex och tidskrävande på grund av hash- och kollisionsupplösning.
* TLB Miss Penalty: En översättning av lookaside-buffert (TLB) är en hårdvarucache som lagrar de senaste översättningarna av virtuell till-fysiska adress. Eftersom IPT -uppslag är komplexa har en TLB -miss en mycket högre prestationsstraff än med enklare sidtabellscheman.
* Svår delning: Att dela sidor mellan processer kan vara mer komplexa, eftersom det kräver att hantera åtkomstkontroll inom IPT -posterna. Detta hanteras emellertid ofta med mer avancerade minneshanteringstekniker.
Varför inte universellt används?
Medan minnesbesparingarna är attraktiva har den ökade uppslagningskostnaderna och TLB -missstraffarna historiskt gjort IPT:er mindre populära än andra sidtabellscheman, särskilt på arkitekturer där prestanda är av största vikt. Men med framsteg inom hårdvara (snabbare processorer, större cachar, bättre hashfunktioner, TLB-design) och den ökande efterfrågan på mycket stora virtuella adressutrymmen har det varit förnyat intresse för IPT-liknande strukturer, ibland i hybridmetoder kombinerade med multi-nivåer.
Sammanfattningsvis:
En inverterad sidtabell är en minneshanteringsteknik som minskar minnesavtrycket för sidtabellen genom att indexera det med fysisk sidram snarare än virtuellt sidnummer. Detta kommer till kostnaden för ökad adressöversättningskomplexitet och en högre TLB -missstraff. Även om det inte är allmänt använt, kan det vara fördelaktigt i system med mycket stora virtuella adressutrymmen där minneseffektiviteten är kritisk.
