वर्चुअल मेमोरी

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This article is about the computer memory management technique. For the technique of pooling multiple storage devices, see Storage virtualization. For the TBN game show, see Virtual Memory (game show).

वर्चुअल मेमोरी डायरेक्ट-एक्सेस स्टोरेज डिवाइस पर सक्रिय रैंडम एक्सेस मेमोरी और निष्क्रिय मेमोरी को जोड़ती है[lower-alpha 1] सन्निहित पतों की एक बड़ी श्रृंखला बनाने के लिए।

कम्प्यूटिंग में, वर्चुअल मेमोरी, या वर्चुअल स्टोरेज[lower-alpha 2] एक मेमोरी प्रबंधन (ऑपरेटिंग सिस्टम) तकनीक है जो भंडारण संसाधनों का एक आदर्श अमूर्तता प्रदान करती है जो वास्तव में किसी दिए गए मशीन पर उपलब्ध हैं[3] जो एक बहुत बड़ी (मुख्य) मेमोरी के उपयोगकर्ताओं के लिए भ्रम पैदा करता है।[4]

कंप्यूटर का ऑपरेटिंग सिस्टम, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के संयोजन का उपयोग करके, वर्चुअल एड्रेस स्पेस नामक प्रोग्राम द्वारा उपयोग किए जाने वाले मेमोरी पतों को कंप्यूटर स्मृति विभाजन भौतिक पतों में मैप करता है। मुख्य भंडारण # प्राथमिक भंडारण, जैसा कि एक प्रक्रिया या कार्य द्वारा देखा जाता है, एक सन्निहित पता स्थान या सन्निहित स्मृति विभाजन के संग्रह के रूप में प्रकट होता है। ऑपरेटिंग सिस्टम वर्चुअल एड्रेस स्पेस और वर्चुअल मेमोरी को वास्तविक मेमोरी के असाइनमेंट का प्रबंधन करता है।[5] CPU में एड्रेस ट्रांसलेशन हार्डवेयर, जिसे अक्सर स्मृति प्रबंधन इकाई (MMU) के रूप में संदर्भित किया जाता है, स्वचालित रूप से वर्चुअल एड्रेस को फिजिकल एड्रेस में ट्रांसलेट करता है। ऑपरेटिंग सिस्टम के भीतर सॉफ़्टवेयर इन क्षमताओं का उपयोग कर सकता है, उपयोग, उदाहरण के लिए, डिस्क भंडारण, वर्चुअल एड्रेस स्पेस प्रदान करने के लिए जो वास्तविक मेमोरी की क्षमता से अधिक हो सकता है और इस प्रकार कंप्यूटर में भौतिक रूप से मौजूद मेमोरी से अधिक मेमोरी का संदर्भ देता है।

वर्चुअल मेमोरी के प्राथमिक लाभों में अनुप्रयोगों को साझा मेमोरी स्पेस को प्रबंधित करने से मुक्त करना, प्रक्रियाओं के बीच पुस्तकालय (कम्प्यूटिंग) द्वारा उपयोग की जाने वाली मेमोरी को साझा करने की क्षमता, मेमोरी आइसोलेशन के कारण बढ़ी हुई सुरक्षा, और शारीरिक रूप से अधिक मेमोरी का वैचारिक रूप से उपयोग करने में सक्षम होना शामिल है। पेजिंग या सेगमेंटेशन की तकनीक का उपयोग करके उपलब्ध है।

गुण

वर्चुअल मेमोरी भौतिक मेमोरी के फ्रैगमेंटेशन (कंप्यूटर) को छिपाकर एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग को आसान बनाती है; कर्नेल को कंप्यूटर डेटा स्टोरेज # स्टोरेज के पदानुक्रम के प्रबंधन का बोझ सौंपकर (ओवरले (प्रोग्रामिंग) को स्पष्ट रूप से संभालने के लिए कार्यक्रम की आवश्यकता को समाप्त करना); और, जब प्रत्येक प्रक्रिया को अपने स्वयं के समर्पित पता स्थान में चलाया जाता है, आवश्यकता से छुटकारा पाने के लिए (कंप्यूटर विज्ञान) प्रोग्राम कोड या एड्रेसिंग मोड # पीसी-रिश्तेदार के साथ स्मृति तक पहुंचने के लिए।

मेमोरी वर्चुअलाइजेशन को वर्चुअल मेमोरी की अवधारणा का सामान्यीकरण माना जा सकता है।

उपयोग

वर्चुअल मेमोरी आधुनिक कंप्यूटर आर्किटेक्चर का एक अभिन्न अंग है; कार्यान्वयन के लिए आमतौर पर हार्डवेयर समर्थन की आवश्यकता होती है, आमतौर पर केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई में निर्मित स्मृति प्रबंधन इकाई के रूप में। जबकि आवश्यक नहीं है, एमुलेटर और आभासी मशीन अपने वर्चुअल मेमोरी कार्यान्वयन के प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए हार्डवेयर समर्थन को नियोजित कर सकते हैं।[6] पुराने ऑपरेटिंग सिस्टम, जैसे कि 1960 के दशक के मेनफ़्रेम कंप्यूटर के लिए, और 1980 के दशक के मध्य तक के पर्सनल कंप्यूटर के लिए (जैसे, DOS),[7] आमतौर पर कोई वर्चुअल मेमोरी कार्यक्षमता नहीं होती है,[dubious – discuss] हालांकि 1960 के मेनफ्रेम के उल्लेखनीय अपवादों में शामिल हैं:

1960 और 70 के दशक की शुरुआत में, कंप्यूटर मेमोरी बहुत महंगी थी। वर्चुअल मेमोरी की शुरूआत ने कम वास्तविक मेमोरी वाले कंप्यूटरों पर चलने के लिए बड़ी मेमोरी डिमांड वाले सॉफ़्टवेयर सिस्टम की क्षमता प्रदान की। इससे होने वाली बचत ने सभी प्रणालियों के लिए वर्चुअल मेमोरी पर स्विच करने के लिए एक मजबूत प्रोत्साहन प्रदान किया। वर्चुअल एड्रेस स्पेस प्रदान करने की अतिरिक्त क्षमता ने सुरक्षा और विश्वसनीयता का एक और स्तर जोड़ा, इस प्रकार वर्चुअल मेमोरी को बाज़ार के लिए और भी आकर्षक बना दिया।

वर्चुअल मेमोरी का समर्थन करने वाले अधिकांश आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम भी प्रत्येक प्रक्रिया (कंप्यूटिंग) को अपने स्वयं के समर्पित पता स्थान में चलाते हैं। इस प्रकार प्रत्येक प्रोग्राम को वर्चुअल मेमोरी तक एकमात्र पहुंच दिखाई देती है। हालाँकि, कुछ पुराने ऑपरेटिंग सिस्टम (जैसे OS/VS1 और OS/VS2 (SVS)|OS/VS2 SVS) और यहां तक ​​कि आधुनिक वाले (जैसे IBM i) सिंगल एड्रेस स्पेस ऑपरेटिंग सिस्टम हैं जो सभी प्रक्रियाओं को एक ही एड्रेस स्पेस में चलाते हैं। वर्चुअलाइज्ड मेमोरी से बना है।

एंबेडेड सिस्टम और अन्य विशेष-उद्देश्य वाले कंप्यूटर सिस्टम जिन्हें बहुत तेज़ और/या बहुत सुसंगत प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है, नियतात्मक एल्गोरिथ्म में कमी के कारण वर्चुअल मेमोरी का उपयोग नहीं करने का विकल्प चुन सकते हैं; वर्चुअल मेमोरी सिस्टम अप्रत्याशित ट्रैप (कम्प्यूटिंग) को ट्रिगर करता है जो इनपुट के जवाब में अवांछित और अप्रत्याशित देरी उत्पन्न कर सकता है, खासकर अगर ट्रैप के लिए आवश्यक है कि डेटा को सेकेंडरी मेमोरी से मुख्य मेमोरी में पढ़ा जाए। वर्चुअल पतों को भौतिक पतों में अनुवाद करने के लिए हार्डवेयर को आमतौर पर लागू करने के लिए एक महत्वपूर्ण चिप क्षेत्र की आवश्यकता होती है, और अंतः स्थापित प्रणाली में उपयोग किए जाने वाले सभी चिप्स में वह हार्डवेयर शामिल नहीं होता है, जो एक और कारण है कि उनमें से कुछ सिस्टम वर्चुअल मेमोरी का उपयोग नहीं करते हैं।

इतिहास

1950 के दशक में, सभी बड़े कार्यक्रमों में ओवरले (प्रोग्रामिंग) जैसे प्राथमिक और द्वितीयक भंडारण के प्रबंधन के लिए तर्क शामिल थे। इसलिए वर्चुअल मेमोरी को न केवल प्राथमिक मेमोरी का विस्तार करने के लिए पेश किया गया था, बल्कि प्रोग्रामर के उपयोग के लिए इस तरह के विस्तार को यथासंभव आसान बनाने के लिए भी पेश किया गया था।[8] बहु क्रमादेशन और कंप्यूटर मल्टीटास्किंग की अनुमति देने के लिए, कई शुरुआती सिस्टम ने वर्चुअल मेमोरी के बिना कई प्रोग्रामों के बीच मेमोरी को विभाजित किया, जैसे प्रोसेसर रजिस्टर के माध्यम से पीडीपी-10 -10 के शुरुआती मॉडल।

एक दावा है कि वर्चुअल मेमोरी की अवधारणा पहली बार जर्मन भौतिक विज्ञानी फ्रिट्ज-रुडोल्फ गुंटश द्वारा 1956 में टेक्नीश यूनिवर्सिटैट बर्लिन में अपने डॉक्टरेट थीसिस, मल्टीपल एसिंक्रोनस रोटेटिंग ड्रम और ऑटोमैटिक हाई स्पीड मेमोरी ऑपरेशन के साथ एक डिजिटल कंप्यूटर के लॉजिकल डिजाइन में विकसित की गई थी।[9][10] सावधानीपूर्वक जांच करने के लिए खड़ा नहीं होता है। Güntsch द्वारा प्रस्तावित कंप्यूटर (लेकिन कभी नहीं बनाया गया) का पता स्थान 10 था5 शब्द जो बिल्कुल 10 पर मैप किए गए5 ड्रम के शब्द, यानी पते वास्तविक पते थे और अप्रत्यक्ष मानचित्रण का कोई रूप नहीं था, आभासी स्मृति की एक प्रमुख विशेषता। Güntsch ने जो आविष्कार किया वह कैश मैमोरी का एक रूप था, क्योंकि उसकी हाई-स्पीड मेमोरी का उद्देश्य कोड के कुछ ब्लॉक या ड्रम से लिए गए डेटा की एक प्रति शामिल करना था। दरअसल, उन्होंने लिखा (जैसा कि अनुवाद में उद्धृत किया गया है[11]): प्रोग्रामर को प्राथमिक मेमोरी के अस्तित्व का सम्मान करने की आवश्यकता नहीं है (उसे यह जानने की भी आवश्यकता नहीं है कि यह मौजूद है), क्योंकि केवल एक प्रकार के पते (एसआईसी) होते हैं जिनके द्वारा कोई प्रोग्राम कर सकता है जैसे कि केवल एक ही स्टोरेज हो। कैश मेमोरी वाले कंप्यूटरों में ठीक यही स्थिति है, जिसका एक शुरुआती व्यावसायिक उदाहरण आईबीएम सिस्टम/360 मॉडल 85 था।[12] मॉडल 85 में सभी पते वास्तविक पते थे जो मुख्य कोर स्टोर का जिक्र करते थे। एक सेमीकंडक्टर कैश स्टोर, उपयोगकर्ता के लिए अदृश्य, वर्तमान में निष्पादित प्रोग्राम द्वारा उपयोग में मुख्य स्टोर के कुछ हिस्सों की सामग्री रखता है। यह मल्टी-प्रोग्रामिंग में शामिल समस्याओं को हल करने के बजाय प्रदर्शन को बेहतर बनाने के साधन के रूप में डिज़ाइन किए गए गुंटश के सिस्टम के समान है।

यूनिवर्सिटी ऑफ़ मैनचेस्टर एटलस कंप्यूटर पहला कंप्यूटर था जिसमें वास्तविक वर्चुअल मेमोरी की सुविधा थी।

पहला ट्रू वर्चुअल मेमोरी सिस्टम मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में एक-स्तरीय स्टोरेज सिस्टम बनाने के लिए लागू किया गया था[13] एटलस कंप्यूटर के हिस्से के रूप में। इसने प्रोग्रामर के लिए उपलब्ध आभासी पतों को वास्तविक मेमोरी पर मैप करने के लिए एक पेजिंग तंत्र का उपयोग किया जिसमें माध्यमिक ड्रम मेमोरी के अतिरिक्त 98,304 शब्दों के साथ प्राथमिक चुंबकीय-कोर मेमोरी के 16,384 शब्द शामिल थे।[14] एटलस में वर्चुअल मेमोरी को शामिल करने से एक उभरती हुई प्रोग्रामिंग समस्या भी समाप्त हो गई: मुख्य मेमोरी के आकार के प्रत्येक परिवर्तन के लिए मुख्य और द्वितीयक मेमोरी और रीकंपाइलिंग प्रोग्राम के बीच डेटा ट्रांसफर की योजना बनाना और शेड्यूल करना।[15] पहला एटलस 1962 में कमीशन किया गया था लेकिन पेजिंग के कार्यशील प्रोटोटाइप को 1959 तक विकसित कर लिया गया था।[8]: 2 [16][17] 1961 में, बरोज़ कॉर्पोरेशन ने स्वतंत्र रूप से पेजिंग के बजाय विभाजन (मेमोरी) के साथ वर्चुअल मेमोरी, B5000 के साथ पहला व्यावसायिक कंप्यूटर जारी किया।[18][19]

आईबीएम विकसित[lower-alpha 3] उनके IBM CP-40|CP-40 और CP-67 में सूत्र की अवधारणा, और 1972 में इसे IBM System/370|S/370 के लिए वर्चुअल मशीन सुविधा/370 के रूप में प्रदान किया।[21] IBM ने 3081 पर 370-XA के हिस्से के रूप में स्टार्ट इंटरप्रिटिव एक्ज़ीक्यूशन (SIE) निर्देश और इसका फायदा उठाने के लिए VM (ऑपरेटिंग सिस्टम) के VM/XA संस्करण पेश किए।

मेनस्ट्रीम ऑपरेटिंग सिस्टम में वर्चुअल मेमोरी को लागू करने से पहले, कई समस्याओं का समाधान किया जाना था। डायनेमिक एड्रेस ट्रांसलेशन के लिए महंगे और मुश्किल से बनने वाले विशेष हार्डवेयर की आवश्यकता होती है; प्रारंभिक कार्यान्वयन ने स्मृति तक पहुंच को थोड़ा धीमा कर दिया।[8]इस बात को लेकर चिंताएं थीं कि द्वितीयक भंडारण का उपयोग करने वाले नए सिस्टम-वाइड एल्गोरिदम पहले उपयोग किए गए एप्लिकेशन-विशिष्ट एल्गोरिदम की तुलना में कम प्रभावी होंगे। 1969 तक, व्यावसायिक कंप्यूटरों के लिए वर्चुअल मेमोरी पर बहस समाप्त हो गई थी;[8]डेविड सायरे के नेतृत्व में आईबीएम की एक शोध टीम ने दिखाया कि उनकी वर्चुअल मेमोरी ओवरले प्रणाली ने सर्वश्रेष्ठ मैन्युअल रूप से नियंत्रित प्रणालियों की तुलना में लगातार बेहतर काम किया।[22] 1970 के दशक के दौरान, आईबीएम 370 श्रृंखला ने अपने वर्चुअल-स्टोरेज आधारित ऑपरेटिंग सिस्टम को चलाने के लिए व्यापार उपयोगकर्ताओं को कई पुराने सिस्टम को कम, अधिक शक्तिशाली, मेनफ्रेम में माइग्रेट करने का एक साधन प्रदान किया, जिसने मूल्य/प्रदर्शन में सुधार किया था। वर्चुअल मेमोरी पेश करने वाला पहला मिनीकंप्यूटर नॉर्वेजियन NORD-1 था; 1970 के दशक के दौरान, अन्य मिनी कंप्यूटरों ने वर्चुअल मेमोरी लागू की, विशेष रूप से ओपन ओपन VMS चलाने वाले वैक्स मॉडल।

इंटेल 80286 प्रोसेसर के संरक्षित मोड के साथ वर्चुअल मेमोरी को x86 आर्किटेक्चर में पेश किया गया था, लेकिन इसकी सेगमेंट स्वैपिंग तकनीक को बड़े सेगमेंट आकार में खराब कर दिया गया। Intel 80386 ने मौजूदा सेगमेंटेशन (मेमोरी) लेयर के नीचे पेजिंग सपोर्ट पेश किया, जिससे पेज फॉल्ट अपवाद को बिना किसी दोहरा दोष के अन्य अपवादों के साथ चेन में सक्षम किया गया। हालांकि, सेगमेंट डिस्क्रिप्टर लोड करना एक महंगा ऑपरेशन था, जिससे ऑपरेटिंग सिस्टम डिज़ाइनर पेजिंग और सेगमेंटेशन के संयोजन के बजाय पेजिंग पर सख्ती से भरोसा करते थे।[citation needed]


पेजेड वर्चुअल मेमोरी

See also: Memory paging

वर्चुअल मेमोरी के लगभग सभी मौजूदा कार्यान्वयन वर्चुअल एड्रेस स्पेस को पेज (कंप्यूटर मेमोरी) में विभाजित करते हैं, सन्निहित वर्चुअल मेमोरी एड्रेस के ब्लॉक। समसामयिक पर पेज[lower-alpha 4] सिस्टम आमतौर पर आकार में कम से कम 4 किलोबाइट होते हैं; बड़े वर्चुअल एड्रेस रेंज या वास्तविक मेमोरी की मात्रा वाले सिस्टम आमतौर पर बड़े पृष्ठ आकार का उपयोग करते हैं।[23]


पेज टेबल

पेज टेबल का उपयोग एप्लिकेशन द्वारा देखे गए वर्चुअल पतों को निर्देशों को संसाधित करने के लिए कंप्यूटर हार्डवेयर द्वारा उपयोग किए जाने वाले भौतिक पतों में अनुवाद करने के लिए किया जाता है;[24] ऐसे हार्डवेयर जो इस विशिष्ट अनुवाद को संभालते हैं, अक्सर स्मृति प्रबंधन इकाई के रूप में जाने जाते हैं। पृष्ठ तालिका में प्रत्येक प्रविष्टि में एक ध्वज होता है जो दर्शाता है कि संबंधित पृष्ठ वास्तविक स्मृति में है या नहीं। यदि यह वास्तविक स्मृति में है, पृष्ठ तालिका प्रविष्टि में वास्तविक स्मृति पता होगा जिस पर पृष्ठ संग्रहीत है। जब हार्डवेयर द्वारा किसी पृष्ठ का संदर्भ दिया जाता है, यदि पृष्ठ के लिए पृष्ठ तालिका प्रविष्टि इंगित करती है कि यह वर्तमान में वास्तविक मेमोरी में नहीं है, तो हार्डवेयर एक पृष्ठ दोष ट्रैप (कंप्यूटिंग) उठाता है, ऑपरेटिंग सिस्टम के पेजिंग पर्यवेक्षक घटक को लागू करता है। .

सिस्टम में हो सकता है, उदाहरण के लिए, पूरे सिस्टम के लिए एक पेज टेबल, प्रत्येक पता स्थान या प्रक्रिया के लिए अलग पेज टेबल, प्रत्येक सेगमेंट के लिए अलग पेज टेबल; इसी तरह, सिस्टम में, उदाहरण के लिए, कोई खंड तालिका नहीं हो सकती है, पूरे सिस्टम के लिए एक खंड तालिका, प्रत्येक पता स्थान या प्रक्रिया के लिए अलग खंड तालिका, एक पेड़ में प्रत्येक क्षेत्र के लिए अलग खंड तालिका[lower-alpha 5] प्रत्येक पता स्थान या प्रक्रिया के लिए क्षेत्र तालिकाएँ। यदि केवल एक पृष्ठ तालिका है, तो विभिन्न एप्लिकेशन मल्टीप्रोग्रामिंग वर्चुअल पतों की एक ही श्रेणी के विभिन्न भागों का उपयोग करते हैं। यदि कई पेज या सेगमेंट टेबल हैं, तो कई वर्चुअल एड्रेस स्पेस हैं और समवर्ती एप्लिकेशन अलग-अलग पेज टेबल के साथ अलग-अलग रियल एड्रेस पर रीडायरेक्ट करते हैं।

छोटे वास्तविक मेमोरी आकार वाले कुछ पुराने सिस्टम, जैसे एसडीएस 940, एड्रेस ट्रांसलेशन के लिए मेमोरी में पेज टेबल के बजाय पृष्ठ पता रजिस्टर का उपयोग करते थे।

पेजिंग पर्यवेक्षक

ऑपरेटिंग सिस्टम का यह हिस्सा पेज टेबल और फ्री पेज फ्रेम की सूची बनाता और प्रबंधित करता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि पृष्ठ दोषों को जल्दी से हल करने के लिए पर्याप्त मुक्त पृष्ठ फ़्रेम होंगे, सिस्टम समय-समय पर पृष्ठ प्रतिस्थापन एल्गोरिदम का उपयोग करके आवंटित पृष्ठ फ़्रेमों को चुरा सकता है, उदाहरण के लिए, हाल ही में उपयोग किए गए (LRU) एल्गोरिदम। चुराए गए पृष्ठ फ़्रेम जिन्हें संशोधित किया गया है, उन्हें मुफ्त कतार में जोड़े जाने से पहले सहायक भंडारण में वापस लिखा जाता है। कुछ प्रणालियों पर पेजिंग पर्यवेक्षक उन अनुवाद रजिस्टरों के प्रबंधन के लिए भी जिम्मेदार होता है जो पेज टेबल से स्वचालित रूप से लोड नहीं होते हैं।

आमतौर पर, एक पृष्ठ दोष जिसे हल नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप आवेदन की असामान्य समाप्ति होती है। हालाँकि, कुछ प्रणालियाँ ऐसी त्रुटियों के लिए एप्लिकेशन को अपवाद हैंडलर रखने की अनुमति देती हैं। विवरण के आधार पर पेजिंग सुपरवाइजर कई अलग-अलग तरीकों से पेज फॉल्ट एक्सेप्शन को हैंडल कर सकता है:

  • यदि वर्चुअल पता अमान्य है, पेजिंग पर्यवेक्षक इसे एक त्रुटि के रूप में मानता है।
  • यदि पृष्ठ वैध है और पृष्ठ की जानकारी MMU में लोड नहीं की गई है, तो पृष्ठ की जानकारी पृष्ठ रजिस्टरों में से एक में संग्रहीत की जाएगी।
  • यदि पृष्ठ प्रारंभ नहीं किया गया है, तो एक नया पृष्ठ फ़्रेम निर्दिष्ट और साफ़ किया जा सकता है।
  • यदि वांछित पृष्ठ वाला कोई चुराया हुआ पृष्ठ फ़्रेम है, तो उस पृष्ठ फ़्रेम का पुन: उपयोग किया जाएगा।
  • एक रीड-प्रोटेक्टेड पेज में लिखने के प्रयास के कारण हुई गलती के लिए, अगर यह कॉपी-ऑन-राइट पेज है तो एक फ्री पेज फ्रेम असाइन किया जाएगा और पुराने पेज की सामग्री कॉपी की जाएगी; अन्यथा इसे एक त्रुटि के रूप में माना जाता है।
  • यदि मेमोरी-मैप की गई फ़ाइल या पेजिंग फ़ाइल में वर्चुअल पता एक मान्य पृष्ठ है, तो एक निःशुल्क पृष्ठ फ़्रेम निर्दिष्ट किया जाएगा और पृष्ठ पढ़ा जाएगा।

ज्यादातर मामलों में, पृष्ठ तालिका में एक अद्यतन होगा, संभवतः अनुवाद लुकसाइड बफर (टीएलबी) को शुद्ध करने के बाद, और सिस्टम उस निर्देश को पुनरारंभ करता है जो अपवाद का कारण बनता है।

यदि फ्री पेज फ्रेम कतार खाली है तो पेजिंग सुपरवाइजर को पेज चोरी के लिए समान पृष्ठ प्रतिस्थापन एल्गोरिथ्म का उपयोग करके पेज फ्रेम को मुक्त करना होगा।

पिन किए गए पृष्ठ

ऑपरेटिंग सिस्टम में मेमोरी क्षेत्र होते हैं जिन्हें पिन किया जाता है (द्वितीयक स्टोरेज में कभी भी स्वैप नहीं किया जाता है)। उपयोग किए जाने वाले अन्य शब्द लॉक, फिक्स्ड या वायर्ड पेज हैं। उदाहरण के लिए, बाधा डालना मैकेनिज्म अपने हैंडलर्स के लिए पॉइंटर्स की एक सरणी पर निर्भर करता है, जैसे कि I / O पूर्णता और पेज फॉल्ट। यदि इन संकेतकों वाले पृष्ठ या उनके द्वारा आह्वान किए गए कोड पेज करने योग्य थे, तो व्यवधान-प्रबंधन कहीं अधिक जटिल और समय लेने वाला हो जाएगा, विशेष रूप से पृष्ठ दोष रुकावटों के मामले में। इसलिए, पेज टेबल स्ट्रक्चर का कुछ हिस्सा पेजेबल नहीं है।

कुछ पृष्ठों को थोड़े समय के लिए पिन किया जा सकता है, अन्य को लंबे समय के लिए पिन किया जा सकता है, और फिर भी अन्य को स्थायी रूप से पिन करने की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए:

  • पेजिंग सुपरवाइज़र कोड और सेकेंडरी स्टोरेज डिवाइस के ड्राइवर जिन पर पेज रहते हैं उन्हें स्थायी रूप से पिन किया जाना चाहिए, अन्यथा पेजिंग काम भी नहीं करेगी क्योंकि आवश्यक कोड उपलब्ध नहीं होगा।
  • चर पेजिंग विलंब से बचने के लिए समय-निर्भर घटकों को पिन किया जा सकता है।
  • डेटा बफ़र्स जो सीधे परिधीय उपकरणों द्वारा एक्सेस किए जाते हैं जो प्रत्यक्ष मेमोरी एक्सेस या I/O चैनलों का उपयोग करते हैं, उन्हें पिन किए गए पृष्ठों में रहना चाहिए, जबकि I/O ऑपरेशन प्रगति पर है क्योंकि ऐसे डिवाइस और बस (कंप्यूटिंग) जिनसे वे जुड़े हुए हैं, उम्मीद करते हैं भौतिक स्मृति पतों पर स्थित डेटा बफ़र्स खोजें; इस बात की परवाह किए बिना कि बस में IOMMU|I/O के लिए स्मृति प्रबंधन इकाई है, पृष्ठ दोष होने पर स्थानांतरण को रोका नहीं जा सकता है और पृष्ठ दोष संसाधित होने पर फिर से प्रारंभ किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, डेटा एक मापन सेंसर इकाई से आ सकता है और वास्तविक समय डेटा खो गया है जो पृष्ठ दोष के कारण खो गया है जिसे पुनर्प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

सिस्टम/370 और उत्तराधिकारी सिस्टम के लिए आईबीएम के ऑपरेटिंग सिस्टम में, शब्द निश्चित है, और ऐसे पृष्ठ दीर्घकालिक निश्चित हो सकते हैं, या अल्पावधि निश्चित हो सकते हैं, या अनिर्धारित हो सकते हैं (यानी, पेजेबल)। सिस्टम नियंत्रण संरचनाएं अक्सर लंबी अवधि के लिए निर्धारित होती हैं (दीवार-घड़ी के समय में मापा जाता है, यानी, सेकंड में मापा गया समय, एक सेकंड के अंशों में मापा गया समय के बजाय) जबकि I/O बफ़र्स आमतौर पर अल्पकालिक निश्चित होते हैं (आमतौर पर महत्वपूर्ण रूप से मापा जाता है) दीवार-घड़ी के समय से कम, संभवतः दसियों मिलीसेकंड के लिए)। वास्तव में, ओएस में इन अल्पकालिक निश्चित डेटा बफ़र्स को तेजी से ठीक करने के लिए एक विशेष सुविधा है (फिक्सिंग जो समय लेने वाली पर्यवेक्षक कॉल निर्देश का सहारा लिए बिना किया जाता है)।

मल्टिक्स ने वायर्ड शब्द का इस्तेमाल किया। OpenVMS और Microsoft Windows उन पृष्ठों को संदर्भित करते हैं जिन्हें अस्थायी रूप से गैर-पेजेबल बनाया गया है (I/O बफ़र्स के लिए) लॉक के रूप में, और केवल उन पेजों के लिए नॉनपेजेबल हैं जो कभी पेजेबल नहीं होते हैं। सिंगल यूनिक्स विशिष्टता भी विनिर्देशन में लॉक किए गए शब्द का उपयोग करती है mlock(), जैसा करते हैं mlock() कई यूनिक्स जैसी प्रणालियों पर मैन पेज।

वर्चुअल-रियल ऑपरेशन

OS/VS1 और इसी तरह के OSes में, सिस्टम मेमोरी के कुछ हिस्सों को वर्चुअल-रियल मोड में प्रबंधित किया जाता है, जिसे V=R कहा जाता है। इस मोड में प्रत्येक आभासी पता उसी वास्तविक पते से मेल खाता है। इस मोड का उपयोग इंटरप्ट मैकेनिज्म के लिए, पुराने सिस्टम में पेजिंग सुपरवाइज़र और पेज टेबल के लिए, और गैर-मानक I/O प्रबंधन का उपयोग करने वाले एप्लिकेशन प्रोग्राम के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, IBM के z/OS में 3 मोड हैं (वर्चुअल-वर्चुअल, वर्चुअल-रियल और वर्चुअल-फिक्स्ड)।[citation needed]


पिटाई

जब पेजिंग और पेजिंग # पेज चोरी का उपयोग किया जाता है, तो थ्रैशिंग (कंप्यूटर साइंस) नामक समस्या उत्पन्न हो सकती है, जिसमें कंप्यूटर एक बैकिंग स्टोर से पृष्ठों को स्थानांतरित करने के लिए अनुपयुक्त रूप से बड़ी मात्रा में समय व्यतीत करता है, जिससे उपयोगी कार्य धीमा हो जाता है। किसी कार्य का कार्य का संग्रह उन पृष्ठों का न्यूनतम सेट होता है जो उपयोगी प्रगति करने के लिए स्मृति में होना चाहिए। थ्रैशिंग तब होती है जब सभी सक्रिय प्रोग्रामों के वर्किंग सेट को स्टोर करने के लिए पर्याप्त मेमोरी उपलब्ध नहीं होती है। वास्तविक मेमोरी जोड़ना सबसे सरल प्रतिक्रिया है, लेकिन एप्लिकेशन डिज़ाइन, शेड्यूलिंग और मेमोरी उपयोग में सुधार करने से मदद मिल सकती है। एक अन्य समाधान सिस्टम पर सक्रिय कार्यों की संख्या को कम करना है। यह एक या एक से अधिक प्रक्रियाओं के संपूर्ण कार्य सेट की अदला-बदली करके वास्तविक मेमोरी पर मांग को कम करता है।

एक सिस्टम थ्रैशिंग अक्सर कम संख्या में चल रहे कार्यक्रमों से पेज डिमांड में अचानक स्पाइक का परिणाम होता है। स्वैप-टोकन[26] एक हल्का और गतिशील थ्रैशिंग सुरक्षा तंत्र है। मूल विचार सिस्टम में एक टोकन सेट करना है, जो बेतरतीब ढंग से उस प्रक्रिया को दिया जाता है जिसमें थ्रैशिंग होने पर पृष्ठ दोष होते हैं। जिस प्रक्रिया में टोकन होता है, उसे अपने कार्य सेट को बनाने के लिए अधिक भौतिक मेमोरी पेज आवंटित करने का विशेषाधिकार दिया जाता है, जिससे इसके निष्पादन को जल्दी से पूरा करने और अन्य प्रक्रियाओं के लिए मेमोरी पेज जारी करने की उम्मीद की जाती है। टोकन को एक-एक करके सौंपने के लिए टाइम स्टैम्प का उपयोग किया जाता है। स्वैप-टोकन का पहला संस्करण लिनक्स में लागू किया गया है [1] दूसरे संस्करण को प्रीमेप्ट स्वैप-टोकन कहा जाता है। ://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=7602bdf2fd14a40dd9b104e516fdc05e1bd17952 ।] इस अद्यतन स्वैप-टोकन कार्यान्वयन में, प्रत्येक प्रक्रिया के लिए एक प्राथमिकता काउंटर निर्धारित किया जाता है स्वैप-आउट पृष्ठों की संख्या को ट्रैक करें। टोकन हमेशा उच्च प्राथमिकता वाली प्रक्रिया को दिया जाता है, जिसमें स्वैप-आउट पृष्ठों की संख्या अधिक होती है। टाइम स्टैम्प की लंबाई स्थिर नहीं है, लेकिन प्राथमिकता द्वारा निर्धारित की जाती है: किसी प्रक्रिया के स्वैप-आउट पेजों की संख्या जितनी अधिक होगी, उसके लिए टाइम स्टैम्प उतना ही लंबा होगा।

खंडित वर्चुअल मेमोरी

कुछ प्रणालियाँ, जैसे बरोज़ कॉर्पोरेशन B5500,[27] पेजिंग के बजाय सेगमेंटेशन (मेमोरी) का उपयोग करें, वर्चुअल एड्रेस स्पेस को वेरिएबल-लेंथ सेगमेंट में विभाजित करें। यहां वर्चुअल एड्रेस में सेगमेंट नंबर और सेगमेंट के भीतर ऑफ़सेट होता है। इंटेल 80286 एक विकल्प के रूप में एक समान विभाजन योजना का समर्थन करता है, लेकिन इसका उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। प्रत्येक खंड को पृष्ठों में विभाजित करके विभाजन और पेजिंग का एक साथ उपयोग किया जा सकता है; इस मेमोरी संरचना वाले सिस्टम, जैसे मल्टिक्स और आईबीएम सिस्टम/38, आमतौर पर पेजिंग-प्रमुख होते हैं, विभाजन स्मृति सुरक्षा प्रदान करते हैं।[28][29][30] Intel 80386 और बाद में IA-32 प्रोसेसर में, खंड 32-बिट रैखिक, पृष्ठांकित पता स्थान में रहते हैं। खंडों को उस स्थान के अंदर और बाहर ले जाया जा सकता है; वहाँ के पृष्ठ मुख्य मेमोरी के अंदर और बाहर पेज कर सकते हैं, वर्चुअल मेमोरी के दो स्तर प्रदान करते हैं; यदि कोई ऑपरेटिंग सिस्टम ऐसा करता है, तो केवल पेजिंग का उपयोग करके। प्रारंभिक गैर-हार्डवेयर-सहायता प्राप्त x86 वर्चुअलाइजेशन समाधान संयुक्त पृष्ठन और विभाजन क्योंकि x86 पृष्ठन केवल दो सुरक्षा डोमेन प्रदान करता है जबकि एक VMM, अतिथि OS या अतिथि अनुप्रयोग स्टैक को तीन की आवश्यकता होती है।[31]: 22  पेजिंग और सेगमेंटेशन सिस्टम के बीच का अंतर केवल मेमोरी डिवीजन के बारे में नहीं है; मेमोरी मॉडल शब्दार्थ के भाग के रूप में विभाजन उपयोगकर्ता प्रक्रियाओं के लिए दृश्यमान है। इसलिए, एक बड़ी जगह की तरह दिखने वाली मेमोरी के बजाय, इसे कई जगहों में संरचित किया जाता है।

इस अंतर के महत्वपूर्ण परिणाम हैं; एक खंड परिवर्तनशील लंबाई वाला पृष्ठ या पता स्थान को लंबा करने का एक सरल तरीका नहीं है। सेगमेंटेशन जो एकल-स्तरीय मेमोरी मॉडल प्रदान कर सकता है जिसमें प्रक्रिया मेमोरी और फाइल सिस्टम के बीच कोई अंतर नहीं होता है, केवल प्रक्रिया के संभावित पता स्थान में मैप किए गए सेगमेंट (फाइल) की एक सूची होती है।[32] यह mmap और Win32 के MapViewOfFile जैसे कॉल द्वारा प्रदान किए गए तंत्र के समान नहीं है, क्योंकि अर्ध-मनमानी स्थानों में फ़ाइलों को मैप करते समय इंटर-फाइल पॉइंटर्स काम नहीं करते हैं। मल्टिक्स में, एक फ़ाइल (या एक बहु-खंड फ़ाइल से एक खंड) को पता स्थान में एक खंड में मैप किया जाता है, इसलिए फ़ाइलों को हमेशा एक खंड सीमा पर मैप किया जाता है। एक फाइल के लिंकेज सेक्शन में पॉइंटर्स हो सकते हैं जिसके लिए पॉइंटर को एक रजिस्टर में लोड करने या इसके माध्यम से एक अप्रत्यक्ष संदर्भ बनाने का प्रयास एक जाल का कारण बनता है। अनसुलझे पॉइंटर में उस सेगमेंट के नाम का संकेत होता है जिसे पॉइंटर संदर्भित करता है और सेगमेंट के भीतर ऑफ़सेट होता है; ट्रैप के लिए हैंडलर सेगमेंट को एड्रेस स्पेस में मैप करता है, सेगमेंट नंबर को पॉइंटर में डालता है, पॉइंटर में टैग फील्ड को बदलता है ताकि यह अब ट्रैप का कारण न बने, और उस कोड पर वापस आ जाए जहां ट्रैप हुआ, फिर से निष्पादित निर्देश जो जाल का कारण बना।[33] यह एक लिंकर (कंप्यूटिंग) की आवश्यकता को पूरी तरह समाप्त कर देता है[8]और काम करता है जब विभिन्न प्रक्रियाएं एक ही फाइल को उनके निजी पता स्थानों में अलग-अलग स्थानों पर मैप करती हैं।[34]


एड्रेस स्पेस स्वैपिंग

पेजिंग और सेगमेंटेशन के लिए उनके पास जो भी सुविधाएं हैं, उसके अलावा कुछ ऑपरेटिंग सिस्टम पूरे एड्रेस स्पेस की अदला-बदली के लिए प्रदान करते हैं। जब ऐसा होता है, तो OS उन पेजों और सेगमेंट को वर्तमान में फाइलों को स्वैप करने के लिए वास्तविक मेमोरी में लिखता है। स्वैप-इन में, OS स्वैप फ़ाइलों से डेटा वापस पढ़ता है लेकिन स्वैप आउट ऑपरेशन के समय पेज आउट किए गए पृष्ठों को स्वचालित रूप से वापस नहीं पढ़ता है।

IBM का MVS, OS/360 से और उत्तराधिकारी#OS/VS2 SVS और MVS|OS/VS2 रिलीज़ 2 z/OS के माध्यम से, एक पता स्थान को अस्वच्छ के रूप में चिह्नित करने के लिए प्रदान करता है; ऐसा करने से पता स्थान में कोई पृष्ठ पिन नहीं होता है। यह एक पात्र के नाम को दर्ज करके नौकरी की अवधि के लिए किया जा सकता है[35] प्रोग्राम गुण तालिका में मुख्य कार्यक्रम एक अपरिवर्तनीय ध्वज के साथ। इसके अलावा, विशेषाधिकार प्राप्त कोड एक SYSEVENT पर्यवेक्षक कॉल निर्देश (SVC) का उपयोग करके अस्थायी रूप से पता स्थान को अदला-बदली करने योग्य बना सकता है; कुछ परिवर्तन[36] पता स्थान गुणों में यह आवश्यक है कि ओएस इसे स्वैप करें और फिर इसे SYSEVENT TRANSWAP का उपयोग करके वापस स्वैप करें।[37] स्वैपिंग के लिए स्मृति प्रबंधन हार्डवेयर की आवश्यकता नहीं है, उदाहरण के लिए, भंडारण के एक ही क्षेत्र में और बाहर कई नौकरियों की अदला-बदली की जाती है।

यह भी देखें


टिप्पणियाँ

  1. ↑ Early systems used drums; contemporary systems use disks or solid state memory
  2. ↑ IBM uses the term virtual storage on mainframe operating systems. This usage runs from TSS[1] on the 360/67 through z/OS[2] on z/Architecture.
  3. ↑ IBM had previously used the term hypervisor for the 360/65,[20] but that did not involve virtual memory
  4. ↑ IBM DOS/VS, OS/VS1 and DOS/VS only supported 2 KB pages.
  5. ↑ On IBM Z[25] there is a 3-level tree of regions for each address space.


संदर्भ

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अग्रिम पठन

  • Hennessy, John L.; and Patterson, David A.; Computer Architecture, A Quantitative Approach (ISBN 1-55860-724-2)


बाहरी संबंध

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