Hình 3.20.b: ”Sau” copy-on-write
Một ứng dụng của copy-on-write là để cài đặt điểm ngắt hỗ trợ trong các trình
gỡ rối. Ví dụ, mặc định, các trang mã bắt đầu chỉ thực thi. Tuy nhiên, nếu một lập
trình viên thiết đặt một điểm ngắt trong khi gỡ rối một chương trình, thì trình gỡ rối
phải thêm một chỉ thi điểm ngắt vào mã. Nó thực hiện điều đó bằng cách đầu tiên
thay đổi sự bảo vệ trang thành PAGE_EXECUTE_READWRITE và sau đó thay
đổi luồng chỉ thị. Bởi vì trang mã là một phần của một mapped section, nên trình
quản lý bộ nhớ tạo một bảo sao riêng cho tiến trình với tập điểm ngắt, trong khi các
tiến trình khác tiếp tục sử dụng trang mã chưa sửa đổi.
Hệ thống con POSIX lợi dụng copy-on-write để cài đặt chức năng fork (phân
nhánh). Điển hình, khi một ứng dụng UNIX gọi một hàm fork để tạo một tiến trình
khác, điều đầu tiên mà tiến trình mới thực hiện là gọi hàm exec để khởi tạo lại
không gian địa chỉ với một ứng dụng có thể thực thi. Thay vì sao chép toàn bộ
không gian địa chỉ trên fork, tiến trình mới chia sẻ các trang trong tiến trình cha
bằng cách đánh dấu chúng là copy-on-write. Nếu một tiến trình con ghi lên dữ liệu,
một bản sao riêng tiến trình được thực hiện. Nếu không, hai tiến trình tiếp tục chia
sẻ và không có việc sao chép nào được thực hiện. Một cách hay một cách khác,
trình quản lý bộ nhớ chỉ sao chép các trang tiến trình cố gắng ghi thay vì sao chép
toàn bộ không gian địa chỉ.
 AWE: Address Windowing Extension
Mặc dù hệ điều hành Windows 2000 có thể hỗ trợ trên 64 GB bộ nhớ vật lý, nhưng
mỗi tiến trình người sử dụng 32-bit chỉ có một không gian địa chỉ ảo 2 GB hoặc 3
GB. Để cho phép một tiến trình 32-bit định vị và truy xuất nhiều bộ nhớ vật lý hơn,
có thể được thể hiện trong không gian địa chỉ bị giới hạn của nó, Windows 2000
cung cấp một tập các hàm được gọi là Address Windowig Extensions (AWE). Ví
dụ, trên hệ thống Windows 2000 Advanced Server với 8 GB bộ nhớ vật lý, một
ứng dụng cơ sở dữ liệu server có thể sử dụng AWE để định vị và sử dụng gần 8 GB
bộ nhớ như một cache cơ sở dữ liệu.
Việc định vị và sử dụng bộ nhớ thông qua các hàm AWE được thực hiện qua
ba bước:

r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w

địa chỉ ảo xác định lượng bộ nhớ vật lý mà ứng dụng có thể truy xuất với một ánh
xạ nhất định. Hình 3.21 trên đây trình bày một cửa sổ AWE trong một không gian
địa chỉ ứng dụng phục vụ được ánh xạ đến một vùng bộ nhớ vật lý được định vị
trước đó bằng AllocateUserPhysicalPages.
Các hàm AWE tồn tại trên tất cả các ấn bản của Windows 2000 và có thể
được sử dụng bất chấp hệ thống có bao nhiêu bộ nhớ vật lý. Tuy nhiên, AWE hữu
ích nhất trên các hệ thống với nhiều hơn 2 GB bộ nhớ vật lý, bởi vì nó chỉ là cách
cho tiến trình 32-bit trực tiếp sử dụng nhiều hơn 2 GB bộ nhớ.
Cuối cùng, có một số hạn chế trong việc định vị bộ nhớ và định xạ bằng các hàm
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
AWE:
 Các trang không thể chia sẻ giữa các tiến trình.
 Cùng một trang vật lý không thể được ánh xạ nhiều hơn một địa chỉ ảo trong
cùng tiến trình.
 Sự bảo vệ trang chỉ giới hạn đến read/write.
III.8.3. Address Space Layout
Theo mặc định, mỗi tiến trình người sử dụng trên phiên bản 32-bit của Windows

mà nó mô tả working set của hệ thống.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t

.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
 System cache: Không gian địa chỉ ảo được sử dụng để ánh xạ các file
mở trong hệ thống cache.
 Paged pool: Chứa các pool được phân trang.
 System page table entries (PTEs): Pool của các PTEs hệ thống được
sử dụng để ánh xạ các trang hệ thống như: không gian I/O, các stack kernel
và các danh sách mô tả bộ nhớ.
 Nonpaged pool: Chứa các pool không được phân trang.
 Crash dump information: Được dự trữ để ghi thông tin về trạng thái
của một hệ thống Crash.
 HAL usage: Hệ thống bộ nhớ dự trữ cho kiến trúc HAL đặc biệt.

Hình 3.22: Phân lớp không gian địa chỉ trong x86

Chú ý: Khi khởi tạo hệ thống, trình quản lý bộ nhớ tạo hai kiểu vùng nhớ pool định
kích thước tự động mà các thành phần chế độ kernel sử dụng để định vị bộ nhớ hệ

u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r

Index ( Byte Index rộng 12 bít vì trong x86 kích thước 1 page là 4096 byte (2
12
=
4096)).
Hình vẽ 3.23 sau đây cho thấy ý nghĩa sử dụng của ba thành phần trên và
cách chuyển đổi từ địa chỉ ảo 32 bít thành địa chỉ vật lý trên hệ thống
x86_Windows 2000 có thể xem lại ở mục III.2.3.c ở trên).

Hình 3.23: Sơ đồ chuyển địa chỉ ảo thành vật lý trên hệ thống x86
Sau đây là là các bước thực hiện việc chuyển đổi địa chỉ ảo theo sơ đồ ở trên:
1. Bộ phận phần cứng quản lý bộ nhớ tìm đến danh mục bảng trang (page
directory) của tiến trình hiện tại.
2. Thành phần Page Directory Index được sử dụng để chỉ mục vào page
directory để tìm một mục vào danh mục bảng trang (PDE: page directory
entry), mà nó mô tả vị trí của bảng trang (page table) cần để ánh xạ địa chỉ
ảo. PDE chứa số hiệu khung trang (PFN: page frame number) của bảng
trang (nếu nó đang thường trú trong bộ nhớ. Vì các bảng trang có thể được
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e


C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o

Trên các hệ thống x86, 1024 (2048 trên hệ thống PAE) được yêu cầu để mô
tả đầy đủ 4Gb không gian địa chỉ ảo. Page directory tiến trình ánh xạ đến các bảng
trang chứa 1024 PDE. Do đó, page directory index cần phải rộng 10 bít (2
10
=
1024).
 Bảng trang tiến trình và bảng trang hệ thống
Trước khi tham chiếu đến byte trong phạm vi trang bằng byte offset, đầu tiên CPU
cần phải tìm đến trang mà nó chứa byte yêu cầu của dữ liệu. Để tìm đến trang này,
hệ điều hành xây dựng một trang khác của bộ nhớ, trang này chứa các thông tin ánh
xạ cần thiết để tìm đến trang mong muốn chứa dữ liệu. Trang thông tin ánh xạ này
được gọi là page table. Vì Windows 2000 cung cấp một không gian địa chỉ riêng
cho mỗi tiến trình nên mỗi tiến trình sở hữu một tập các bảng trang tiến trình để
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
ánh xạ đến không gian địa chỉ riêng đó, sự ánh xạ sẽ khác nhau ở mỗi tiến trình.
Các bảng trang mô tả không gian hệ thống được chia sẻ cho tất cả các tiến
trình. Khi một tiến trình được tạo, các PDE không gian hệ thống được khởi tạo để

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

 Cache disabled: Cấm cache trang này
 Dirty: Trang đã được ghi đến
 Global: Sự chuyển đổi áp dụng đến tất cả các tiến trình.
 Large page: Chỉ báo rằng PDE ánh xạ đến trang 4Mb trên hệ thống với
128Mb (hoặc hơn) bộ nhớ.
 Owner: Chỉ báo rằng có hay không code user-mode các thể truy cập trang
hoặc có hay không trang là được giới hạn chỉ truy cập ở kernel-mode.
 Valid: Chỉ báo có hay không sự chuyển đổi ánh xạ đến trang trong bộ nhớ
vật lý.
 Write through: Cấm cache cho việc ghi đến trang với mục địch sự thay
đổi ngay lập tức được ghi đến đĩa.
 Write: Trên các hệ thống uniprocessor, đây là chỉ báo có hay không trang
là read/write hoặc read-only. Trên các hệ thống multiprocessor, đây là chỉ
báo có hay không trang là có thể write. (bit Write được lưu trữ trong bit
dự trữ trong PTE).
Trên các hệ thống x86, phần cứng PTE chứa một bít Dirty và một bít
Accesed. Bít Accessed bị xoá (= 0) nếu trang vật lý được trình bày bởi một PTE
không thể đọc hoặc ghi, Processor thiết lập bít (= 1) này khi trang được đọc hoặc
ghi lần đầu tiên. Processor thiết lập bít Dirty chỉ khi trang lần đầu tiên được ghi.
Kiến trúc x86 cũng thêm vào bít Write để cung cấp sự bảo vệ trang, khi bít này bị
xoá thì trang trở thành read-only, khi bít này được thiết lập thì trang có thể là
write/read. Nếu một tiểu trình cố gắng ghi đến một trang mà bít Write = 0 thì trình
quản lý bộ nhớ sẽ phát sinh một ngoại lệ truy cập, và bộ phận điều khiển lỗi truy
cập phải xác định có hay không một tiểu trình có thể ghi đến trang (trong trường
hợp copy-on-write) hoặc có hay không một sự vi phạm truy cập phải được sinh ra.
Trên nền phần cứng x86, các PTE luôn luôn rộng 4 byte (32 bít), 8 byte trên
các hệ thống cho phép chế độ PAE, vì thế mỗi bảng trang chứa 1024 PTE , 512 trên
các hệ thống PAE (4096 byte trên một page, 4 byte trên một PTE) và vì thế có thể
ánh xạ 1024 trang (512 page PAE) cho tổng số 4Mb (2 Mb trên PAE) của các trang
Click to buy NOW!

c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

 Mở rộng địa chỉ vật lý
Tất cả các processor thuộc họ Intel x86 đều bao gồm một chế độ ánh xạ bộ
nhớ được gọi là PAE (Physical Address Extension). Với một chipset thích hợp chế
độ PAE cho phép truy cập đến 64GB bộ nhớ vật lý. Khi thực thi x86 trong chế độ
PAE, thành phần quản lý bộ nhớ (MMU) của processor chia địa chỉ ảo thành 4
thành phần. Trong trường hợp này hệ thống sử dụng bảng trang ba cấp (three-level)
để thực hiện việc chuyển đổi địa chỉ. Hình 3.24: Ánh xạ trang với PAE
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
MMU vẫn cài đặt page directory và page table nhưng cấp thứ 3 là page
directory pointer table. PAE có thể đánh địa chỉ bộ nhớ nhiều hơn chế độ chuẩn
không những là do mở rộng cấp bảng trang mà còn do các PDE và PTE rộng 64 bít
chứ không phải 32 bít. Với địa chỉ vật lý bên trong là 24 bít, nên x86 có khả năng
quản lý được 64Gb (2
24+12

Các file được quản lý bởi hệ điều hành. Thành phần hệ điều
hành tham gia trực tiếp vào quá trình quản lý các file trên đĩa được
gọi là hệ thống file. Hệ điều hành phải xây dựng cấu trúc và tổ chức
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m