Модуль управления памятью

Преобразование логических адресов в физические адреса и обратно находится под совместным контролем ядра и аппаратного модуля управления памятью (MMU — memory management unit). Модуль MMU встроен в современные процессоры и вместе с ними составляет часть одной и той же микросхемы, но иногда удобно считать MMU отдельным компонентом. Ядро сообщает модулю MMU, какие логические страницы должны быть отображены на конкретные физические страницы для каждого процесса, и MMU выполняет фактическое преобразование адресов, когда процесс выдает запрос к памяти.

Когда не удается выполнить преобразование адреса, например в связи с тем, что поступивший логический адрес оказался недопустим, или потому, что логическая страница больше не имеет физического аналога и должна быть загружена в память, MMU сообщает об этом ядру. Данную ситуацию называют ситуацией отсутствия страницы, и она подробно рассматривается далее в этой главе.

MMU отвечает также за обеспечение защиты памяти и сообщает операционной системе о том, что приложение пытается выполнить запись на странице в своей памяти, которая была назначена только для чтения.

Основным преимуществом MMU является быстродействие. Для получения того же результата без MMU операционной системе пришлось бы пересчитывать программным способом каждую отдельную ссылку на адрес в памяти для каждого процесса — каждую выборку и каждую запись, как для данных, так и для команд, возможно, создавая виртуальную машину для поддержки функционирования процессов. (Нечто вроде этого предусмотрено в языке Java.) В результате система работала бы невыносимо медленно. Но MMU встроен в аппаратное обеспечение компьютера, поэтому обработка допустимых адресов памяти вообще не замедляется. После подготовки MMU для использования в этом процессе ядру приходится вмешиваться в него только изредка, например, при возникновении ситуации отсутствия страницы, что происходит очень редко по сравнению с общим числом ссылок на адрес в памяти.

Кроме того, MMU может помочь защитить ядро от самого себя. Ядро смогло бы защититься от незаконного проникновения посторонних процессов в его пространство памяти или защитить процессы друг от друга и без MMU. Но как защитить ядро от нарушений со стороны собственных процессов? В процессоре 80486 и последующих процессорах компании Intel (но не в 80386) средства защиты памяти MMU применяются также и к ядру.