पेज फॉल्ट

कंप्यूटिंग में, पेज फॉल्ट (जिसे कभी-कभी पीएफ या हार्ड फॉल्ट कहा जाता है) एक अपवाद प्रबंधन है जिसे मेमोरी प्रबंधन इकाई (एमएमयू) तब उठाता है जब कोई प्रक्रिया (कंप्यूटिंग) उचित तैयारी के बिना मेमोरी पेज तक पहुंचती है। पेज तक पहुँचने के लिए प्रक्रिया के आभासी पता स्थान में माप को जोड़ने की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, वास्तविक पेज सामग्री को डिस्क भंडारण जैसे बैकिंग संचय से लोड करने की आवश्यकता हो सकती है। एमएमयू पेज फॉल्ट का पता लगाता है, किन्तु ऑपरेटिंग प्रणाली का कर्नेल (ऑपरेटिंग प्रणाली) भौतिक मेमोरी में आवश्यक पेज को एक्सेस करने या अवैध मेमोरी एक्सेस को अस्वीकार करके अपवाद को संभालता है।

किसी भी ऑपरेटिंग प्रणाली में आभासी मेमोरी, जैसे कि विंडोज, मैकओएस और लिनक्स कर्नेल का उपयोग करने वाले प्रोग्रामों के लिए उपलब्ध मेमोरी की मात्रा बढ़ाने के लिए मान्य पेज दोष सामान्य और आवश्यक हैं।

प्रकार

लघु

यदि फॉल्ट उत्पन्न होने पर पेज मेमोरी में लोड हो जाता है, किन्तु मेमोरी प्रबंधन इकाई में मेमोरी में लोड होने के रूप में चिह्नित नहीं होता है, तो इसे साधारण या सॉफ्ट पेज फॉल्ट कहा जाता है। ऑपरेटिंग प्रणाली में पेज फॉल्ट हैंडलर को केवल उस पेज के लिए मेमोरी प्रबंधन इकाई में एंट्री करने की आवश्यकता होती है, जो पेज को मेमोरी में दर्शाता है और दर्शाता है कि पेज मेमोरी में लोड है; इसे पेज को मेमोरी में पढ़ने की आवश्यकता नहीं है। यह तब हो सकता है जब विभिन्न प्रोग्रामों द्वारा साझा मेमोरी (इंटरप्रोसेस संचार) और पेज को पहले से ही अन्य प्रोग्राम्स के लिए मेमोरी में लाया जाता हैं।

पेज को किसी प्रक्रिया के कार्य समुच्चय से हटाया भी जा सकता था, किन्तु अभी तक डिस्क पर लिखा या मिटाया नहीं गया था, जैसे ऑपरेटिंग प्रणाली में जो द्वितीयक पेज कैशिंग का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, एचपी ओपन वीएमएस ऐसे पेज को हटा सकता है जिसे डिस्क पर लिखने की आवश्यकता नहीं है (उदाहरण के लिए, यदि यह डिस्क से पिछली बार पढ़ने के बाद से अपरिवर्तित रहा है) और इसे मुफ्त पेज सूची में रख सकता है यदि कार्य समुच्चय बहुत बड़ा माना जाता है। चूंकि, पेज की सामग्री को तब तक अधिलेखित नहीं किया जाता है जब तक कि पेज को कहीं और असाइन नहीं किया जाता है, जिसका अर्थ है कि यह अभी भी उपलब्ध है यदि इसे आवंटित करने से पहले मूल प्रक्रिया द्वारा संदर्भित किया जाता है। चूंकि इन दोषों में डिस्क विलंबता सम्मिलित नहीं है, वे प्रमुख पेज दोषों की तुलना में तेज़ और कम खर्चीले हैं।

दीर्घ

यह एक ऑपरेटिंग प्रणाली द्वारा मांग पर उपलब्ध प्रोग्राम मेमोरी की मात्रा बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाने वाला तंत्र है। ऑपरेटिंग प्रणाली प्रोग्राम के भागों को डिस्क से लोड करने में देरी करता है जब तक कि प्रोग्राम इसका उपयोग करने का प्रयास नहीं करता है और पेज दोष उत्पन्न नहीं होता है। यदि पेज फॉल्ट के समय मेमोरी में लोड नहीं होता है, तो इसे मेजर या हार्ड पेज फॉल्ट कहा जाता है। ओएस में पेज फॉल्ट हैंडलर को मुफ्त स्थान खोजने या तो मेमोरी में मुफ्त पेज, या मेमोरी में गैर-मुफ्त पेज खोजने की आवश्यकता होती है। यह उत्तरार्द्ध किसी अन्य प्रक्रिया द्वारा उपयोग किया जा सकता है, जिस स्थिति में ओएस को उस पृष्ठ में डेटा (यदि इसे अंतिम बार संशोधित किए जाने के बाद से नहीं लिखा गया है) लिखने की आवश्यकता होती है और उस पृष्ठ को उसकी प्रक्रिया पेज टेबल में मेमोरी में लोड नहीं होने के रूप में चिह्नित करता है।

मेमोरी में लोड नहीं होने के रूप में चिह्नित करें। एक बार स्थान उपलब्ध हो जाने के बाद, ओएस नए पेज के डेटा को मेमोरी में पढ़ सकता है, मेमोरी प्रबंधन इकाई में इसके स्थान पर एक प्रविष्टि जोड़ सकता है, और निरुपित कर सकता है कि पेज लोड हो गया है। इस प्रकार प्रमुख दोष साधारण दोषों की तुलना में अधिक महंगे हैं और बाधित प्रोग्राम के निष्पादन में भंडारण पहुंच विलंबता जोड़ते हैं।

अमान्य

यदि किसी पते के संदर्भ में पेज फॉल्ट होता है जो आभासी पता स्थान का भाग नहीं है, जिसका अर्थ है कि इसके अनुरूप मेमोरी में कोई पेज नहीं हो सकता है, तो इसे अमान्य पेज फॉल्ट कहा जाता है। ऑपरेटिंग प्रणाली में पेज फॉल्ट हैंडलर तब सामान्यतः आपत्तिजनक प्रक्रिया के लिए विखंडन दोष पास करेगा, यह दर्शाता है कि एक्सेस अमान्य था; यह सामान्यतः उस कोड की असामान्य समाप्ति का परिणाम होता है जिसने अमान्य संदर्भ बनाया था। अशक्त सूचक को सामान्यतः पता स्थान में 0 को संबोधित करने के लिए सूचक के रूप में दर्शाया जाता है; कई ऑपरेटिंग प्रणाली एमएमयू को यह निरुपित करने के लिए समुच्चय करते हैं कि जिस पेज में वह पता है वह मेमोरी में नहीं है, और उस पेज को आभासी पता स्थान में सम्मिलित न करें, जिससे अशक्त सूचक द्वारा संदर्भित मेमोरी को पढ़ने या लिखने का प्रयास एक अमान्य पेज की गलती हो।

अमान्य शर्तें

अवैध पहुंच और अमान्य पेज दोषों के परिणामस्वरूप विभाजन दोष या बस त्रुटि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऐप या ओएस क्रैश (कंप्यूटिंग) हो सकता है। सॉफ्टवेयर बग अधिकांश इन समस्याओं का कारण होते हैं, किन्तु हार्डवेयर मेमोरी त्रुटियाँ, जैसे कि ओवरक्लॉकिंग के कारण, पॉइंटर्स को दूषित कर सकती हैं और स्वस्थ कोड विफल हो सकती हैं।

ऑपरेटिंग प्रणाली पेज फॉल्ट एरर की रिपोर्टिंग के लिए अलग-अलग तंत्र प्रदान करते हैं। माइक्रोसॉफ्ट विंडोज़ अमान्य पेज दोषों का उपयोग का उल्लंघन अपवादों के रूप में रिपोर्ट करने के लिए संरचित अपवाद हैंडलिंग का उपयोग करता है। यूनिक्स-जैसी प्रणालियाँ सामान्यतः प्रोग्राम को इन त्रुटि स्थितियों की रिपोर्ट करने के लिए एसआईजीएसईजीवी जैसे संकेतों (कंप्यूटिंग) का उपयोग करती हैं। यदि त्रुटि प्राप्त करने वाला प्रोग्राम इसे हैंडल नहीं करता है, तो ऑपरेटिंग प्रणाली डिफ़ॉल्ट क्रिया करता है, जिसमें सामान्यतः चल रही प्रक्रिया (कंप्यूटिंग) को समाप्त करना सम्मिलित होता है जो त्रुटि की स्थिति का कारण बनता है, और उपयोगकर्ता को सूचित करता है कि प्रोग्राम खराब हो गया है। विंडोज अधिकांश ऐसे क्रैश की सूचना बिना किसी विवरण के देता है। एक अनुभवी उपयोगकर्ता विनडीबीजी और क्रैश के समय विंडोज द्वारा बनाए गए मिनीडम्प का उपयोग करके विस्तृत जानकारी प्राप्त कर सकता है। यूनिक्स-जैसे ऑपरेटिंग प्रणाली इन स्थितियों को सेगमेंटेशन उल्लंघन या बस त्रुटि जैसे त्रुटि संदेशों के साथ रिपोर्ट करते हैं, और कोर निपात उत्पन्न कर सकते हैं।

प्रदर्शन प्रभाव

पेज दोष प्रणाली के प्रदर्शन को नीचा दिखाते हैं और थ्रैशिंग (कंप्यूटर विज्ञान) का कारण बन सकते हैं। हार्ड डिस्क ड्राइव का उपयोग करने वाले पारंपरिक कंप्यूटरों पर प्रमुख पेज दोष उनके प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं, क्योंकि औसत हार्ड डिस्क ड्राइव में 3 एमएस की औसत घूर्णी विलंबता, 5 एमएस का खोज समय और 0.05 एमएस/पेज का स्थानांतरण समय होता है। इसलिए, पेजिंग के लिए कुल समय लगभग 8 एमएस (= 8,000 μs) है। यदि मेमोरी एक्सेस का समय 0.2 μs है, तो पेज फॉल्ट ऑपरेशन को लगभग 40,000 गुना धीमा कर देता हैं।

प्रोग्राम या ऑपरेटिंग प्रणाली के प्रदर्शन अनुकूलन (कंप्यूटर विज्ञान) में अधिकांश पेज दोषों की संख्या को कम करना सम्मिलित होता है। अनुकूलीकरण के दो प्राथमिक फोकस समग्र मेमोरी उपयोग को कम कर रहे हैं और मेमोरी का इलाका में सुधार कर रहे हैं। पेज दोषों को कम करने के लिए, विकासकर्ता को उपयुक्त पेज प्रतिस्थापन एल्गोरिथम का उपयोग करना चाहिए जो पेज हिट को अधिकतम करता है। पृष्ठ दोषों की घटनाओं को कम करने के लिए अनुमानी एल्गोरिथ्म को प्रायुक्त करने जैसे कई प्रस्ताव दिए गए हैं।

एक बड़ी भौतिक मेमोरी भी पेज दोषों को कम करती है।

यह भी देखें

• बेलाडी की विसंगति

संदर्भ

• John L. Hennessy, David A. Patterson, Computer Architecture, A Quantitative Approach (ISBN 1-55860-724-2)
• Tanenbaum, Andrew S. Operating Systems: Design and Implementation (Second Edition). New Jersey: Prentice-Hall 1997.
• Intel Architecture Software Developer's Manual–Volume 3: System Programming

बाहरी संबंध

• "So What Is A Page Fault?(subscription required)" from OSR Online (a Windows-specific explanation)
• "Virtual Memory Details" from the Red Hat website.
• "UnhandledExceptionFilter (Windows)" from MSDN Online.
• "Page fault overhead" for information about how page faults can crucially affect processing time.