ترجمة عناوين المستوى الثاني

تُعرف ترجمة عناوين المستوى الثاني (SLAT) ، والمعروفة أيضًا باسم الترحيل المتداخل ، بأنها تقنية افتراضية مدعومة بالأجهزة تجعل من الممكن تجنب النفقات العامة المرتبطة بجداول صفحات الظل التي تديرها البرامج .

دعمت AMD تقنية SLAT من خلال تقنية فهرسة المحاكاة الافتراضية السريعة (RVI) منذ إطلاق معالجات Opteron من الجيل الثالث (الاسم الرمزي: برشلونة). أما تطبيق Intel لتقنية SLAT، والمعروف باسم جدول الصفحات الموسع (EPT)، فقد تم تقديمه في بنية Nehalem الدقيقة الموجودة في بعض معالجات Core i7 و Core i5 و Core i3 .

تدعم امتدادات المحاكاة الافتراضية في معالجات ARM تقنية SLAT، المعروفة باسم جداول صفحات المرحلة الثانية، والتي توفرها وحدة إدارة الذاكرة من المرحلة الثانية (MMU) . يستخدم النظام الضيف وحدة إدارة الذاكرة من المرحلة الأولى (MMU). أُضيفت هذه الميزة كخيار إضافي في بنية ARMv7ve، وهي مدعومة أيضًا في بنية ARMv8 (32 بت و64 بت).

أدى إدخال الوضع المحمي إلى بنية x86 مع معالج Intel 80286 إلى إدخال مفهومي الذاكرة الفعلية والذاكرة الافتراضية إلى البنى السائدة. عندما تستخدم العمليات عناوين افتراضية ويطلب أحد التعليمات الوصول إلى الذاكرة، يقوم المعالج بترجمة العنوان الافتراضي إلى عنوان فعلي باستخدام جدول الصفحات أو مخزن الترجمة المؤقت (TLB). عند تشغيل نظام افتراضي، يتم تخصيص ذاكرة افتراضية من النظام المضيف لتكون بمثابة ذاكرة فعلية للنظام الضيف، وتتم عملية ترجمة العناوين نفسها داخل النظام الضيف. هذا يزيد من تكلفة الوصول إلى الذاكرة نظرًا لضرورة تنفيذ ترجمة العناوين مرتين : مرة داخل النظام الضيف (باستخدام جدول صفحات الضيف المُحاكى برمجيًا)، ومرة ​​داخل النظام المضيف (باستخدام خريطة الذاكرة الفعلية [pmap]). 

يُعدّ جدول الصفحات الظلي البرمجي حلاً شائعاً لتقليل عبء الترجمة مقارنةً بالترجمة المزدوجة. يترجم جدول الصفحات الظلي عناوين النظام الضيف الافتراضية مباشرةً إلى عناوين النظام المضيف الفعلية. لكل جهاز افتراضي جدول صفحات ظلي خاص به، ويتولى برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) إدارتها. مع أن جداول الصفحات الظلية أسرع من الترجمة المزدوجة، إلا أنها لا تزال مكلفة مقارنةً بعدم تشغيلها داخل جهاز افتراضي : ففي كل مرة يُحدّث فيها النظام الضيف جداول صفحاته، يتطلب الأمر من برنامج إدارة الأجهزة الافتراضية (Hypervisor) إدارة التغييرات في جداول الصفحات الظلية أيضاً.

لتحسين كفاءة هذه الترجمة، طبّق مُصنّعو المعالجات تقنيات تُعرف باسم SLAT. من خلال التعامل مع كل عنوان فعلي للضيف كعنوان افتراضي للمضيف، يُمكن لامتداد بسيط للأجهزة المستخدمة في تصفح جدول الصفحات غير الافتراضي (الذي أصبح الآن جدول صفحات الضيف) أن يتصفح جدول صفحات المضيف. في حالة جداول الصفحات متعددة المستويات، يُمكن اعتبار جدول صفحات المضيف مُتداخلًا داخل جدول صفحات الضيف. يُمكن لمعالج جدول صفحات الأجهزة التعامل مع طبقة الترجمة الإضافية كما لو كانت تُضيف مستويات إلى جدول الصفحات.

باستخدام خوارزمية SLAT وجداول الصفحات متعددة المستويات، يتضاعف عدد المستويات اللازمة للبحث عن الترجمة عندما يكون حجم عنوان النظام الضيف الفعلي مساويًا لحجم عنوان النظام الضيف الظاهري، وعند استخدام صفحات بنفس الحجم. هذا يزيد من أهمية تخزين القيم مؤقتًا من المستويات الوسيطة لجداول صفحات النظام المضيف والضيف. كما يُفيد استخدام صفحات كبيرة في جداول صفحات النظام المضيف لتقليل عدد المستويات (على سبيل المثال، في معمارية x86-64 ، يؤدي استخدام صفحات بحجم 2 ميجابايت إلى إزالة مستوى واحد في جدول الصفحات). وبما أن الذاكرة تُخصص عادةً للأجهزة الافتراضية بدقة منخفضة، فإن استخدام صفحات كبيرة لترجمة عنوان النظام الضيف الفعلي يُعد تحسينًا واضحًا، مما يقلل من عمق عمليات البحث والذاكرة المطلوبة لجداول صفحات النظام المضيف. 

تتضمن برامج إدارة الأجهزة الافتراضية التي تدعم SLAT ما يلي:

• Hyper-V لنظام التشغيل Windows Server 2008 R2 ، و Windows 8 والإصدارات الأحدث. ^{[ 14 ]} يتطلب Hyper-V في نظام التشغيل Windows 8 (وأنظمة Microsoft Windows الأحدث) تقنية SLAT. ^{[ 15 ] [ 16 ]}
• Hypervisor.framework، وهو برنامج مراقبة افتراضي أصلي لنظام macOS ، متوفر منذ macOS 10.10 ^{[ 17 ]}
• KVM ، منذ الإصدار 2.6.26 من نواة لينكس الرئيسية ^{[ 18 ] [ 19 ]}
• Parallels Desktop لنظام التشغيل Mac ، منذ الإصدار 5 ^{[ 20 ]}
• VirtualBox ، منذ الإصدار 2.0.0 ^{[ 21 ]}
• VMware ESX ، منذ الإصدار 3.5 ^{[ 4 ]}
• VMware Workstation . يتطلب VMware Workstation 14 (والإصدارات الأحدث من VMware Workstation) تقنية SLAT. ^{[ 22 ]}
• Xen ، منذ الإصدار 3.2.0 ^{[ 23 ]}
• نظام التشغيل Qubes - SLAT إلزامي ^{[ 24 ]}
• bhyve ^{[ 25 ] [ 26 ]} — اختبار SLAT إلزامي ومن المقرر أن يظل إلزاميًا
• vmm، وهو برنامج مراقبة افتراضي أصلي على OpenBSD - SLAT إلزامي ^{[ 27 ] [ 28 ]}
• ACRN ، وهو برنامج مراقبة افتراضية خفيف الوزن مفتوح المصدر، تم بناؤه مع مراعاة الوقت الحقيقي وأهمية السلامة، وهو مُحسَّن لاستخدامات إنترنت الأشياء والحوسبة الطرفية . ^{[ 29 ]}
• QEMU - برنامج مفتوح المصدر لمحاكاة الأجهزة الافتراضية وشرائح المعالجة، قابل للتضمين. ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]}

تتطلب بعض برامج إدارة الأجهزة الافتراضية المذكورة أعلاه SLAT لكي تعمل على الإطلاق (وليس فقط بشكل أسرع) لأنها لا تقوم بتنفيذ جدول صفحات الظل البرمجي؛ القائمة غير محدثة بالكامل لتعكس ذلك.

• AMD-V (الاسم الرمزي: Pacifica) – الجيل الأول من دعم المحاكاة الافتراضية للأجهزة من AMD 
• جدول الصفحات
• VT-x

• طريقة ونظام لترجمة عناوين المستوى الثاني في بيئة آلة افتراضية (براءة اختراع)
• فوائد ترجمة عناوين المستوى الثاني في Hyper-V R2 ( مؤرشف بتاريخ 18 نوفمبر 2016 على موقع Wayback Machine)
• المحاكاة الافتراضية في لينكس KVM + QEMU (ملف PDF)