Virtuelle Server oder Speicher

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Zur Erweiterung der direkt addressierbaren realen Hauptspeicherkapazität kann im Hintergrund ein Festplattenspeicher, das heißt ein peripheres Gerät, eingesetzt werden. Der Zugriff zu diesem wird so verwaltet, dass er einen Hauptspeicher entsprechend großer Kapazität vorspiegelt.

Der dadurch gegebene Speicherraum heißt virtueller Server bzw. Speicher, die darauf bezogenen Adressen bezeichnet man als virtuelle Adressen.

Aktuell benötigte Programm- und Verarbeitungsdaten werden durch das Betriebssystem in den Hauptspeicher geladen, nicht mehr benötigte Daten, sofern sie verändert wurden, auf den Hintergrundspeicher zurückgeschrieben (swapping). Über Aufenthaltsort und Zustand der Daten führt das Betriebssystem Tabellen, Übertragungs- und Verwaltungseinheiten können sein:

  •  Seiten oder Pages, das sind Blöcke fester Länge oder
  • Segmente, das sind Programme und logisch zusammenhängende Datensätze variabler Länge.

Um die jeweils freien Bereiche des Hauptspeichers nutzen zu können, müssen die Daten verschiebbar sein. Dazu werden ihre Adressen als relativ interpretiert, das heißt, die reale Hauptspeicheradresse ist zu ermitteln, indem zur relativen Adresse eine Basisadresse, die auf den Anfang des zugewiesenen Hauptspeicherbereichs zeigt, addiert wird.

Die Memory Management Unit (MMU) führt die Adressumsetzung zur Laufzeit, also während der Befehlsabarbeitung durch.

Die notwendigen Abbildungsinformationen (memory map) werden vom Betriebssystem geliefert und für aktuell in Abarbeitung befindliche Seiten bzw. Segmente als Deskriptoren in speziellen Registersätzen geführt. Eine eigene Addiervorrichtung beschleunigt die Adressbildung.

Der Hauptspeicherschutz kann zusätzlich gegen unberechtigte Schreib- oder Lesezugriffe Aufgabe einer MMU sein. Dazu sind ihr die Schutzarten, bezogen auf die Seiten oder Segmente, zu übergeben. MMU werden als hochintegrierte Schaltkreise geliefert und dann vor dem Adresseingang des Hauptspeichers bzw. des Caches angeordnet. Leistungsfähige Mikroprozessoren verfügen über eine MMU auf dem Chip.

(Autor: Vroni Eller)

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