Виртуальная память — схема адресации памяти компьютера, при которой
память представляется программному обеспечению непрерывной и
однородной, в то время как в реальности для фактического хранения
данных используются отдельные (разрывные) области различных видов
памяти, включая кратковременную (оперативную) и долговременную (жёсткие
диски, твёрдотельные накопители).
В случае расположения данных на внешних запоминающих устройствах
память может быть представлена, например, специальным разделом на
жёстком диске (partition) или отдельным файлом на обычном разделе диска.
Также существует термин swap (англ. swap) также означающий виртуальную
память (точнее способ её представления), или же означает подкачку
данных с диска.
Применение механизма виртуальной памяти позволяет:
- упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением;
- рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти);
- изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью);
Страничная организация виртуальной памяти:
В большинстве современных операционных систем виртуальная память
организуется с помощью страничной адресации. Оперативная память делится
на страницы: области памяти фиксированной длины (например, 4096 байт),
которые являются минимальной единицей выделяемой памяти (то есть даже
запрос на 1 байт от приложения приведёт к выделению ему страницы
памяти). Процесс обращается к памяти с помощью адреса виртуальной
памяти, который содержит в себе номер страницы и смещение внутри
страницы. Операционная система преобразует виртуальный адрес в
физический, при необходимости подгружая страницу с жёсткого диска в
оперативную память. При запросе на выделение памяти операционная
система может «сбросить» на жёсткий диск страницы, к которым давно не
было обращений. Критические данные (например, код запущенных и
работающих программ, код и память ядра системы) обычно находятся в
оперативной памяти (исключения существуют, однако они не касаются той
части, которая отвечает за использование файла подкачки).
В семействе операционных систем Microsoft Windows место для хранения
страниц на жёстких дисках должно быть выделено заранее. Пользователь
может положиться на автоматический механизм или самостоятельно указать
размер области виртуальной памяти на каждом из разделов диска. На
указанных разделах операционной системой создаётся файл pagefile.sys
требуемого размера, который и хранит «сброшенные» из оперативной памяти
страницы.
Сегментная организация виртуальной памяти:
Механизм организации виртуальной памяти, при котором виртуальное
пространство делится на части произвольного размера — сегменты. Этот
механизм позволяет, к примеру, разбить данные процесса на логические
блоки. Для каждого сегмента, как и для страницы, могут быть назначены
права доступа к нему пользователя и его процессов.
Cвопинг:
Один из механизмов реализации виртуальной памяти, при котором
отдельные запущенные процессы (обычно неактивные) перемещаются из ОЗУ
на жёсткий диск, освобождая ОЗУ для загрузки других процессов. Основное
отличие этого механизма от страничного заключается в том, что процессы
перемещаются между ОЗУ и жестким диском целиком, поэтому иногда
некоторые процессы могут полностью отсутствовать в ОЗУ. При наступлении
условий активизации процесса он возвращается диспетчером памяти в ОЗУ.
Недостатки:
В случае расположения данных виртуальной памяти на внешних
запоминающих устройствах — доступ к памяти замедляется (по сравнению с
оперативными запоминающими устройствами).
С лекции Федосеева:
Вся программа часто не помещается в ОП; в каждый момент времени машина
работает только с участком программы, следовательно можно применить
виртуализацию памяти.
Виртуализация памяти – метод автоматического управления иерархической
памятью, при котором пользователю кажется, что он имеет дело с единой
памятью большого объёма.
Программа пишется в виртуальных адресах; в процессе её выполнения
требуется подкачка из ВЗУ в ОП в случае отсутствия требуемого адреса в
физической памяти.
