Was ist virtueller Speicher?
Virtueller Speicher ist eine Technologie in Computerbetriebssystemen, die den Speicherplatz jedes Prozesses in mehrere Seiten fester Größe aufteilt und diese Seiten mithilfe der Seitenzuordnungstechnologie mit physischem Speicher oder Auslagerungsdateien auf der Festplatte austauscht.
Was kann virtueller Speicher?
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Erweiterte tatsächliche physische Speicherkapazität: Der virtuelle Speicher ermöglicht jedem Prozess den Zugriff auf einen größeren Speicherplatz als die physische Speicherkapazität. Wenn der physische Speicher nicht ausreicht, kann der virtuelle Speicher einen Teil der Daten in die Auslagerungsdatei auf der Festplatte schreiben und die Daten in der Auslagerungsdatei bei Bedarf in den physischen Speicher laden.
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Ermöglichen Sie die gleichzeitige Ausführung mehrerer Prozesse: Der virtuelle Speicher ermöglicht jedem Prozess einen unabhängigen virtuellen Adressraum, sodass mehrere Prozesse gleichzeitig ausgeführt werden können, ohne sich gegenseitig zu beeinträchtigen. Jeder Prozess kann davon ausgehen, dass er ausschließlich Eigentümer des gesamten virtuellen Speicherraums ist
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Vereinfachung der Speicherverwaltung von Programmen: Der virtuelle Speicher vereinfacht die Speicherverwaltung von Programmen, indem er den Speicherraum des Prozesses in Seiten unterteilt und Mechanismen für die Zuordnung, den Schutz und die Berechtigungskontrolle dieser Seiten bereitstellt. Prozesse können Speicheroperationen ausführen, indem sie auf den virtuellen Adressraum zugreifen, ohne sich um den spezifischen physischen Speicherort zu kümmern.
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Verbessern Sie die Effizienz des Speicherzugriffs: Der virtuelle Speicher verwendet die Seitenzuordnungstechnologie, um die Auslagerungsdatei auf der Festplatte mit dem physischen Speicher auszutauschen, wodurch die Kosten für den Zugriff auf die Festplatte relativ niedrig sind. Darüber hinaus verwendet der virtuelle Speicher auch einen Seitenersetzungsalgorithmus, um die am häufigsten aufgerufenen Seiten im physischen Speicher zu behalten und so die Geschwindigkeit des Speicherzugriffs zu verbessern.
Wie implementiert man virtuellen Speicher?
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Aufteilung des Adressraums des virtuellen Speichers: Das Betriebssystem unterteilt den virtuellen Speicher in Seiten fester Größe (normalerweise 4 KB). Jeder Prozess verfügt über einen eigenen virtuellen Adressraum, bei dem es sich um eine Sammlung zusammenhängender Seiten gleicher Größe handelt
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Seitenzuordnung: Das Betriebssystem ist für die Zuordnung virtueller Adressen zu physischen Adressen verantwortlich. Über die Seitentabelle wird die virtuelle Adresse in die entsprechende physische Adresse übersetzt. Wenn ein Prozess auf eine Seite im virtuellen Speicher zugreift, durchsucht das Betriebssystem die Seitentabelle nach der physischen Adresse, die der Seite entspricht.
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Seitenersetzung: Wenn der physische Speicher nicht ausreicht, muss das Betriebssystem einige Seiten aus dem Speicher in die Auslagerungsdatei auf der Festplatte ersetzen. Die Auswahl der zu ersetzenden Seiten wird normalerweise mithilfe einiger Seitenersetzungsalgorithmen wie FIFO, LRU usw. bestimmt. Ersetzte Seiten müssen bei Bedarf auf die Festplatte zurückgeschrieben und die Seite geladen werden
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Laden von Seiten: Wenn auf eine verschobene Seite zugegriffen werden muss, lädt das Betriebssystem sie von der Festplatte in den physischen Speicher. Dazu gehört das Lesen der Seitendaten aus der Auslagerungsdatei und das Aktualisieren der Seitentabelle, um den physischen Speicherort der Seite widerzuspiegeln
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Speicherzuweisung und -freigabe: Das Betriebssystem ist für die Verwaltung der Zuweisung und Freigabe von physischem Speicher verantwortlich. Wenn ein Prozess Arbeitsspeicher beantragt, weist das Betriebssystem ihm einige physische Seiten zu und aktualisiert die Seitentabelle, um sie der entsprechenden virtuellen Adresse zuzuordnen. Wenn ein Prozess Speicher freigibt, markiert das Betriebssystem die entsprechende physische Speicherseite als verfügbar