Krav för en virtuell minnesarkitektur:
Virtuellt minne är en minneshanteringsteknik som gör det möjligt för ett system att köra program som är större än det fysiska minnet som finns tillgängligt. Detta uppnås genom att använda en kombination av hårdvaru- och mjukvarumekanismer. Här är de viktigaste kraven för en virtuell minnesarkitektur:
1. Hårdvara:
* Memory Management Unit (MMU): Detta är en avgörande hårdvarukomponent som översätter virtuella adresser som används av CPU till fysiska adresser i minnet. Den använder en sidtabell för att hålla reda på kartläggningen mellan virtuella och fysiska adresser.
* Stor adressutrymme: CPU måste kunna hantera ett större virtuellt minnesutrymme än det fysiska minnet som finns tillgängligt. Detta gör det möjligt att köra program större än fysiskt RAM.
* Sekundär lagring: En sekundär lagringsenhet som en hårddiskenhet (HDD) eller solid-state-enhet (SSD) är nödvändig för att hålla de inaktiva delarna av program och data, som byts in och ut ur fysiskt minne efter behov.
2. Programvara:
* Operativsystem (OS): OS hanterar virtuellt minne och hanterar kartläggningen mellan virtuella och fysiska adresser. Det implementerar algoritmer som att söka och byta för att effektivt hantera minnesanvändning.
* Sidtabell: Detta är en datastruktur som kartlägger virtuella adresser till fysiska adresser. MMU använder denna tabell för att utföra adressöversättning.
* Sidbytesalgoritm: Denna algoritm bestämmer vilken sida som ska byta ut från fysiskt minne när den är full. Vanliga algoritmer inkluderar FIFO, LRU och OPT.
* Minnesallokeringspolicy: OS måste implementera policyer för att tilldela virtuellt minne till olika processer. Detta inkluderar policyer för tilldelning av sidor till nya processer och tilldelning av gratis sidor till befintliga processer.
* Skyddsmekanismer: Virtuellt minne behöver mekanismer för att skydda processer från att komma åt minnet som tillhör andra processer. Detta uppnås genom hårdvaru- och mjukvarumekanismer som segmentering och sidbehörigheter.
3. Andra överväganden:
* Prestanda: Virtuellt minne kan påverka prestandan på grund av sidfel (när en nödvändig sida inte är i fysiskt minne) och omkostnaderna för adressöversättningen. Därför är effektiva algoritmer och optimeringar avgörande.
* Säkerhet: Virtuellt minne hjälper till att skydda processer från varandra och från skadlig kod. Det möjliggör också isoleringsprocesser och förhindrar dem från att komma åt känslig data.
* Flexibilitet: Virtuellt minne gör det möjligt för system att köra större och mer komplexa program, vilket gör dem mer flexibla och kraftfulla.
Genom att uppfylla dessa krav kan ett system implementera en robust och effektiv virtuell minnesarkitektur, vilket gör det möjligt för det att köra program och applikationer som överskrider begränsningarna i fysiskt minne.
