Virtueller Speicher ist eine Speicherverwaltungsmethode, die durch die Verwendung von Computerhardware und -software implementiert wird. Zeigt die von Programmen verwendeten virtuellen Adressen in den physischen Adressen des Computerspeichers an.

Der Hauptspeicher wird als kontinuierlicher Adressraum oder als Satz benachbarter kontinuierlicher Segmente dargestellt. In diesem Blog erfahren Sie, was ein virtueller Speicher ist und all seine Eigenschaften im Detail erklärt.

Das Betriebssystem verwaltet virtuelle Adressräume und ordnet RAM dem virtuellen Speicher zu. Das Betriebssystem kann diese Fähigkeiten erweitern, um virtuellen Spielraum bereitzustellen, der die Speicherkapazität überschreiten kann, wodurch mehr Speicher bereitgestellt wird, als in einem Computer verfügbar ist.

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Was ist ein virtueller Speicher?

Virtueller Speicher ermöglicht es Ihnen, Speicherressourcen zu ändern, die Menge an RAM viel größer zu machen, damit der Benutzer so viele Programme wie möglich platzieren kann.

Die „Entdeckung“ des virtuellen Speichers hat wesentlich zur Entwicklung moderner Technologien beigetragen, die die Arbeit sowohl des professionellen Programmierers als auch des normalen Benutzers erleichtert und den effizientesten Problemlösungsprozess auf einem Computer ermöglicht.

Was ist ein virtueller Speicher
Was ist ein virtueller Speicher

Vorteile des virtuellen Speichers

Zu den Hauptvorteilen des virtuellen Speichers gehören:

  • Es befreit den Programmierer davon, gemeinsam genutzten Speicherplatz verwalten zu müssen;
  • Erhöht die Sicherheit bei der Verwendung des Programms durch Zuweisung von Speicher;
  • Es enthält eine Kapazität, um mehr Speicher aufzunehmen, als in einem Computer physisch verfügbar sein kann.

Eigenschaften des virtuellen Speichers

Virtueller Speicher erleichtert das Programmieren von Anwendungen:

  • Ausblenden der Fragmentierung des physischen Speichers;
  • Eliminieren der Notwendigkeit für ein Programm, das Overlays explizit behandelt;
  • Wenn jeder Prozess in seinem eigenen dedizierten Adressraum läuft, besteht keine Notwendigkeit, den Programmcode zu verschieben oder mit relativen Adressen auf den Speicher zuzugreifen.

Fast alle Implementierungen des virtuellen Speichers unterteilen den virtuellen Adressraum in Seiten, benachbarte Adressblöcke des virtuellen Speichers. Wenn eine Maschine im virtuellen Speicher ausgeführt wird, werden Speichersegment- und Seitenorganisationsmethoden verwendet.

Seitenspeicherorganisation

Bei der Organisation der Seite werden dem Benutzer alle Speicherressourcen, sowohl betriebliche als auch externe, als ein Ganzes präsentiert. Der Benutzer arbeitet mit dem gemeinsamen Adressraum und denkt nicht darüber nach, ob der Speicher verwendet wird: betriebsbereit oder extern, und dieser gemeinsame Speicher wird als virtuell (simuliert) bezeichnet.

Virtueller Speicher wird in Seiten zerlegt, die eine bestimmte feste Anzahl von Speicherzellen enthalten. In diesem Fall kann eine Seite des mathematischen Speichers nicht größer oder kleiner als die anderen sein, alle Seiten müssen die gleiche Anzahl von Zellen haben. Typische Seitengrößen sind 256, 512, 1024, 2048 Byte oder mehr (Zahlen Vielfache von 256).

Vorteile des virtuellen Speichers mit Seitenorganisation

  • Es verfügt über ausreichend Speicherkapazität direkt adressiert.
  • Die Speichermenge kann in Hunderten von Megabyte (und sogar Gigabyte) gezählt werden.
  • Die erstellte SWAP-Datei wird auf die Festplatte gelegt und emuliert den Arbeitsspeicher. In diesem Fall denkt der Benutzer nicht darüber nach, wo das „Stück“ seines Programms, an dem er gerade gearbeitet hat, platziert wird.
  • Benutzerprogramme können kostenlos auf jeder Seite platziert werden[2].
  • Erhöhen Sie das Arbeitsniveau mehrerer Programme.
  • Mit der virtuellen Speicherorganisation mit Seitenorganisation hat der Benutzer eine echte Möglichkeit, mehr Programme in den Speicher zu laden, damit die Maschine die Programme gleichzeitig verarbeiten kann

Mängel im virtuellen Speicher bei Seitenorganisation

  • Der Hauptnachteil des virtuellen Speichers ist die Zeit, die die Maschine mit dem Zugriff auf den externen Speicher verbringt.
  • Das Extrahieren der notwendigen Informationen aus Speicherzellen ist nicht sehr schwierig und zeitaufwendig.
  • Dies ist bei der Festplatte nicht der Fall: Um die erforderlichen Informationen zu finden, müssen Sie zuerst die Festplatte „drehen“, dann die erforderliche Spur finden, auf der Spur einen Sektor, einen Cluster finden und dann die Informationen der Bits einlesen die OP.

Organisation des virtuellen Speichers der Segmentseite

Diese Methode zum Organisieren des virtuellen Speichers soll die Vorteile von Speicherverwaltungsmethoden nach Seiten und nach Segmenten kombinieren. In einem solchen kombinierten System wird der Adressraum des Benutzers nach Ermessen des Programmierers in eine Anzahl von Segmenten unterteilt.

Jedes Segment ist wiederum in Seiten fester Größe unterteilt, die der Seite des physischen Speichers entspricht. Aus Sicht des Programmierers besteht die logische Adresse in diesem Fall aus der Segmentnummer und deren Offset.

Jedes Segment ist eine Folge von Adressen von Null bis zu einem bestimmten Maximalwert. Der Unterschied zwischen einem Segment und einer Seite besteht darin, dass die Länge des Segments während der Ausführung variieren kann. Segmente können wie jede virtuelle Speicherstruktur sowohl im RAM als auch im externen Speicher (magnetische Medien) platziert werden.

Virtueller Speicher mit Seitensegment-Organisation funktioniert wie virtueller Speicher mit Seitenorganisation: Wenn das aktuell benötigte Segment im RAM fehlt, wird es, wenn es notwendig ist, damit zu arbeiten, vorläufig nach OP verschoben.

Das Organisieren des Speichers für Segmentseiten erfordert eine komplexere Hardware- und Softwareorganisation. Die Organisation des Speichers nach Segmenten erfordert eine komplexere Organisation von Hardware und Software.

Die Seitentabellen

Das Seitentabellen sie werden verwendet, um virtuelle Adressen in physikalische Adressen umzuwandeln, die von der Befehlsverarbeitungshardware verwendet werden. Jeder Seitentabelleneintrag prüft, ob sich die entsprechende Seite im RAM befindet.

Wenn es sich im RAM befindet, enthält der Seitentabelleneintrag die tatsächliche Speicheradresse, an der die Seite gespeichert ist. Wenn nur eine Seitentabelle vorhanden ist, verwenden verschiedene gleichzeitig laufende Anwendungen verschiedene Teile desselben virtuellen Adressbereichs.

Virtueller Speichermanager

Dieser Teil des Betriebssystems erstellt und verwaltet Seitentabellen. Wenn die Hardware einen Fehler ausgibt, greift der Virtual Memory Manager auf den sekundären Speicher zu, gibt die Seite mit der virtuellen Adresse zurück, die den Seitenfehler verursacht hat, aktualisiert die Tabellen auf der Seite, um den physischen Standort der virtuellen Adresse widerzuspiegeln, und zeigt den Übersetzungsmechanismus an um die Anfrage neu zu starten.

Wenn der gesamte physische Speicher bereits verwendet wird, muss der Virtual Memory Manager Seiten im Hauptspeicher freigeben, um die hochgeladene Seite zu speichern. Es verwendet einen der vielen Algorithmen, um die weniger verwendeten Seiten zu ersetzen, um sie freizugeben.

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