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HP-UXメモリ管理 ホワイト・ペーパー バージョン1.4

仮想メモリの抽象化
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仮想メモリの抽象化


コンピュータの使用可能RAMの容量は限定されていますが、各32ビットHP-UXプロセスには、1GBのクワドラント(4つに分割されたもの)が4つ割り当てられており、それぞれ計4GBの仮想アドレス空間を保有しています(64ビットHP-UXプロセスにはさらに大きな仮想アドレス空間が割り当てられますが、64ビットでアドレス指定可能な仮想アドレスの全範囲[16エクサバイト、つまり16×1018]を実際に使用することはできません。64ビットHP-UXプロセスでも、仮想アドレス空間は同じサイズの4つのクワドラントに分割されます)。これを仮想メモリと呼びます。

仮想メモリは、コンピュータ上で各プロセスを実行するスペースを十分に確保するためのソフトウェア構造です。また、仮想メモリ領域を割り当てるハードウェア(外部記憶装置)は欠かせません。

PA-RISCの仮想スペース


ソフトウェアのコンパイル時と実行時には、物理メモリよりも何倍も大きなメモリ空間をプログラマに提供する仮想アドレスが生成されます。

HP-UXは、共用アドレス空間(SAS:Shared Address Space)を使用するオペレーティング・システムです。特定の仮想アドレス(スペースIDを含む)がすべてのプロセスについて同じメモリ・ページを参照するため、プロセスの状況が変化しても変換は変わりません。

したがって、スペースID(セグメント)とオフセット(通常は、単に「仮想アドレス(virtual address)」と呼ばれます)に使用できるビット数によって、カーネルとすべてのプロセスで使用可能な仮想アドレス空間全体の最大許容サイズが決まります。

PA-RISCの進化に伴い、スペースとオフセットに使用できるビット数が増えています。PA-RISC 2.0では、スペースIDは32ビット(HP-UX 11.11で実際に使用されるのは18ビット)であり、オフセットは実質42ビットです(ただし、64ビット・フィールドに保存されます)。(PA-RISC 1.1システムとナロー(32ビット)モードで実行されるPA-RISC 2.0では、オフセットがこれよりも小さくなります。)

注: ただし単一プロセスでは、アクセス可能な仮想アドレス空間に大きな制限があります。たとえば、32ビットSHARE_MAGICの実行可能テキストは1GBに制限され、データの上限も1GBです。また、共用仮想アドレス空間の総量は、理論的にアドレス指定可能な量よりもはるかに少なく制限されています。メモリ・ウィンドウを使用しない場合、ワイド・モード(64ビット)システム上の共用空間の総量は約8TB(つまり、2つの64ビットのクワドラント)に制限されています。

物理アドレス


物理アドレスは、4096バイトのデータを表すメモリ内のページを指し示します。物理アドレスには、このページへのオフセットも含まれます。このため、完全な物理アドレスは、PPNとページ・オフセットで構成されます。PPNは、ページが配置される物理アドレスの上位20ビットまたは52ビットです。これらのビットは12ビットのページ・オフセットと連結して、32ビットまたは64ビットの物理アドレスを形成します。


図4 32ビット物理アドレスのビット・レイアウト
図4 32ビット物理アドレスのビット・レイアウト
 
図5 64ビット物理アドレスのビット・レイアウト
図5 64ビット物理アドレスのビット・レイアウト

仮想アドレスから物理アドレスへの変換を処理するために、仮想アドレスも仮想ページ番号(VPN:Virtual Page Number)とページ・オフセットで構成されているとみなす必要があります。ページ・サイズが4096バイトなので、オフセットの下位12ビットがページへのオフセットだとみなされます。スペースIDとオフセットの上位ビットがVPNです。

任意のアドレスについて、最下位12ビットを破棄することでページ番号を判断することができます。残りは、仮想アドレスのVPNまたは物理アドレスのPPNです。

次の図は、32ビット仮想アドレス0x4873のビット・レイアウトを示しています。


図6 32ビット仮想アドレスのビット・レイアウト
図6 32ビット仮想アドレスのビット・レイアウト

VPNのアドレスを変換して、割り当てられたページ番号を取得し、該当するページ・オフセットを参照する必要があります。
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