Как ОС определяет из какого устройства надо достать данные?

Question

[Карина]

Вот работает процессов и нужны ему данные из адреса 0x01(например). Смотрит он в MMU и видит фактический адрес. А дальше куда? Как он определяет находится ли это в RAM или это в swap?

Спасибо за ответ.

Comments

[Vitteran]

Рассмотрим архитектуру x86 в защищенном режиме.
Предположим, 0x01 - виртуальный адрес, к которому хочет обратиться процесс и инструкция выглядит например так:
mov eax, 0x01
Когда процессор начнет выполнять эту инструкцию, он пойдет в таблицу страниц (page table) (адрес корня которой лежит в регистре cr3), найдет запись соответствующую этой странице (в данном случае номер страницы - 0x0) и проверит специальный бит - присутствует ли страница в памяти или нет.
Предположим, присутствует - тогда процессор возьмет физический адрес этой страницы из таблицы страниц, и получит по нему данные - если они были в L1/L2/L3 кэше, то из кэша, иначе выставит адрес на шину и получит данные из RAM.
Теперь предположим, что страница не присутствует - тогда происходит исключение Page fault (#PF, номер 14 на x86) и вызывается специальный обработчик из ядра операционной системы, который будет решать, откуда взять эту страницу - возможно она есть в свопе, тогда произойдет подкачка страницы из свопа, она запишется в память, бит присутствия станет 1 в соответствующей записи в таблице страниц, а процесс получит нужные ему данные.
Но также возможно, что такой виртуальный адрес (что скорее всего верно для адреса 0x1) процессу недоступен и система пошлет ему сигнал SEGFAULT и он завершится.

Answer 1

[alexalexes]

Давно не читал про архитектуру железа, но на пальцах могу объяснить.
Оперативная память разделена на страницы.
Страницы диспетчеризируются на предмет устаревания.
Если к странице памяти давно не обращались, то она становится кандидатом на вытеснение в своп.
Если процессам не хватает оперативной памяти для какого-то маневра, то страницы-кандидаты летят в своп, соответственно, они помечаются, как вытесненные.
Если какому-то процессу нужно достать данные из адреса, то вычисляется, к какой странице этот адрес относится.
Если страница вытеснена, то принимаются меры, чтобы ее вернуть в озу.

Comments

[Карина]

про Page Tables я знаю. Но вот как ос восстанавливает страницы в свопе опять в RAM - хрен поймешь.
Но спасибо за ответ.

Answer 2

[chromimon]

Это уже давным давно реализовано аппаратно. Уж лет 40 наверное как.

Просто обращается к данным.
Если данных реально нет (страница памяти помечена как сброшенная на диск) - процессор автоматически возбуждает исключение и управление передается той части ОС, что отвечает за подкачку данных с диска в оперативную память.

Answer 3

[Xilian]

Любой процесс в защищенном режиме процессора имеет свою адресацию и вообще знать не знает ни о каких MMU, в случае когда происходит PageFault - ос просто подгружает данные из свап в адресное пространство процесса. Подробнее сам процесс и его варианты описан у Таннебаума.