Propósito:
* Reduce el consumo de memoria: El objetivo principal de una tabla de página invertida es reducir significativamente la cantidad de RAM requerida para almacenar la tabla de página en sí. Las tablas de página tradicionales requieren una entrada por página virtual, que puede ser enorme, especialmente con grandes espacios de direcciones virtuales. Un IPT, en contraste, solo requiere una entrada por marco de página * físico *. Este es casi siempre un número mucho menor.
* Independencia del espacio de dirección: El IPT es una tabla global, a diferencia de las tablas de página tradicionales, que están asociadas con cada proceso.
funcionalidad:
1. Estructura:
* La tabla de página invertida es una matriz, indexada por el número de marco de página Física .
* Cada entrada en la tabla generalmente contiene la siguiente información:
* ID de proceso (PID): Identifica el proceso que posee la página virtual asignada a este marco de página física.
* Número de página virtual (VPN): Especifica el número de página virtual que está asignado a esta página física.
* bits de protección: (por ejemplo, leer, escribir, ejecutar permisos) Estos determinan qué operaciones están permitidas en la página.
* bit válido: Indica si la entrada es válida (es decir, existe una mapeo).
2. Traducción de direcciones (virtual a físico):
El proceso de traducción de una dirección virtual a una dirección física es más complejo que con las tablas de página tradicionales.
a. función hash: Cuando la CPU necesita traducir una dirección virtual, aplica una función hash a la combinación del pid y el VPN (desde la dirección virtual). Esta función hash produce un índice.
b. Búsqueda: El índice de la función hash se usa para sondear el IPT.
do. Manejo de colisiones: Dado que una función hash puede producir colisiones (diferentes combinaciones de PID/VPN hashing al mismo índice), la entrada IPT * debe * también almacenar el PID y VPN reales.
d. Verificación: El sistema operativo compara el PID y la VPN en la entrada IPT con el PID del proceso actual y la VPN desde la dirección virtual. Si coinciden * y * el bit válido se establece, entonces se encuentra una coincidencia y el número de marco de página físico (el índice en el IPT) se usa como parte de la dirección física final.
mi. Manejo de fallas/fallas de página:
* Si el PID/VPN no coincide, o el bit válido está claro, se ha producido una colisión o la página virtual no se asigna actualmente a un marco físico. El sistema operativo debe usar un mecanismo de resolución de colisión (a menudo encadenamiento o direccionamiento abierto) para buscar la entrada correcta en el IPT.
* Si, después de buscar, la página aún no se encuentra, se produce una falla de la página. El sistema operativo maneja la falla de la página (por ejemplo, cargando la página desde el disco en la memoria).
3. Reemplazo de la página:
Cuando se debe llevar una nueva página a la memoria y no hay marcos gratuitos, se usa un algoritmo de reemplazo de página (por ejemplo, LRU, FIFO) para seleccionar una página para desalojar. La entrada IPT para el marco de la página desalojada se actualiza para marcarla como inválida, y la asignación de la nueva página se almacena en la misma entrada IPT (después de que los datos de la página anterior se vuelvan a escribir en el disco, si es necesario).
Ventajas de tablas de página invertidas:
* Reducción de la memoria de memoria: Se necesita significativamente menos memoria para la tabla de página en sí, especialmente para grandes espacios de direcciones virtuales.
* Vista global: Más fácil de implementar algoritmos de reemplazo de página global porque todas las asignaciones de página están centralizadas en una tabla.
Desventajas de las tablas de página invertidas:
* Aumento de la complejidad de la búsqueda: La traducción de direcciones es más compleja y lenta debido a la resolución de hash y colisión.
* tlb falla penalización: Un búfer de traducción LookAside (TLB) es un caché de hardware que almacena traducciones recientes de direcciones virtuales a físicas. Debido a que las búsquedas IPT son complejas, una falta de TLB tiene una penalización de rendimiento mucho mayor que con esquemas de tabla de página más simples.
* Compartir difícil: Compartir páginas entre procesos puede ser más complejo, ya que requiere la gestión del control de acceso dentro de las entradas IPT. Sin embargo, esto a menudo se maneja con técnicas de gestión de memoria más avanzadas.
¿Por qué no usado universalmente?
Si bien los ahorros de memoria son atractivos, el aumento de la sobrecarga de la búsqueda y las penalizaciones de TLB Miss han hecho que los IPT sean menos populares que otros esquemas de tabla de páginas, especialmente en arquitecturas donde el rendimiento es primordial. Sin embargo, con los avances en hardware (procesadores más rápidos, cachés más grandes, mejores funciones hash, diseños de TLB) y la creciente demanda de espacios de direcciones virtuales muy grandes, ha habido un interés renovado en estructuras similares a IPT, a veces en enfoques híbridos combinados con tablas de página de nivel múltiple.
En resumen:
Una tabla de página invertida es una técnica de gestión de memoria que reduce la huella de memoria de la tabla de páginas al indexarla por marco de página física en lugar del número de página virtual. Esto tiene el costo del costo de una mayor complejidad de traducción de direcciones y una mayor penalización de TLB Miss. Si bien no se usa universalmente, puede ser beneficioso en sistemas con espacios de direcciones virtuales muy grandes donde la eficiencia de la memoria es crítica.