Віртуальна пам’ять — це фундаментальна комп’ютерна технологія, яка дозволяє системі ефективно керувати ресурсами пам’яті та покращувати загальну продуктивність. Він створює ілюзію величезного та безперервного простору пам’яті, навіть якщо доступна фізична RAM (оперативна пам’ять) обмежена. Ця технологія має вирішальне значення для сучасних операційних систем, оскільки дозволяє їм ефективно обробляти великі програми та багатозадачність.
Історія виникнення віртуальної пам'яті та перші згадки про неї
Концепція віртуальної пам'яті бере свій початок на початку 1960-х років, коли її вперше запропонував британський комп'ютерник Крістофер Стрейчі. Стрейчі передбачив систему, яка використовуватиме вторинні пристрої зберігання, такі як жорсткі диски, щоб розширити обмежену фізичну пам’ять комп’ютерів. Термін «віртуальна пам’ять» був введений американським комп’ютерним науковцем Томом Кілберном у серії впливових лекцій у 1961 році.
Детальна інформація про віртуальну пам'ять: Розширення теми Віртуальна пам'ять
Віртуальна пам’ять — це техніка керування пам’яттю, яка відокремлює процес виконання програми від фактичної фізичної пам’яті, доступної на комп’ютері. Це досягається шляхом поділу пам’яті на блоки фіксованого розміру, які називаються сторінками, і збереження цих сторінок як в оперативній пам’яті, так і у вторинній пам’яті (зазвичай на жорсткому або твердотільному диску). Коли програма виконується, лише її частина завантажується в оперативну пам’ять, а решта залишається у вторинній пам’яті.
Внутрішня структура віртуальної пам'яті: як працює віртуальна пам'ять
Віртуальна пам’ять покладається на систему таблиць сторінок для керування відображенням між віртуальними адресами (що використовуються програмами) і фізичними адресами (що використовуються апаратним забезпеченням). Операційна система підтримує ці таблиці сторінок і за потреби перетворює віртуальні адреси на відповідні їм фізичні адреси.
Процес доступу до даних, що зберігаються у віртуальній пам'яті, включає в себе наступні кроки:
- ЦП генерує віртуальну адресу, коли програма посилається на дані в пам’яті.
- Віртуальна адреса ділиться на дві частини: номер сторінки та зміщення в межах сторінки.
- Номер сторінки використовується для пошуку відповідного фізичного кадру сторінки в таблиці сторінок.
- Якщо сторінка наразі не знаходиться в оперативній пам’яті (помилка сторінки), операційна система отримує необхідну сторінку з вторинної пам’яті та завантажує її в оперативну пам’ять.
- Зсув у межах сторінки визначає фактичне розташування даних у межах сторінки.
- ЦП тепер може отримати доступ до даних в оперативній пам’яті за допомогою фізичної адреси.
Аналіз основних властивостей віртуальної пам'яті
Віртуальна пам’ять надає кілька основних функцій і переваг:
-
Ізоляція пам'яті: Кожен процес працює у власному віртуальному адресному просторі, що гарантує, що один процес не може отримати доступ до пам’яті іншого, що підвищує безпеку та стабільність системи.
-
Розмір процесу: Віртуальна пам’ять дозволяє запускати великі програми або кілька процесів одночасно, навіть якщо фізична оперативна пам’ять обмежена.
-
Розширення адресного простору: Загальний адресний простір, наданий віртуальною пам’яттю, може бути набагато більшим, ніж фактична фізична пам’ять, що полегшує виконання завдань, що потребують інтенсивного використання пам’яті.
-
Простота керування пам'яттю: віртуальна пам’ять спрощує керування пам’яттю для розробників, оскільки їм не потрібно турбуватися про обмеження фізичної пам’яті.
Види віртуальної пам'яті
Віртуальну пам’ять можна класифікувати на різні типи на основі базової архітектури та реалізації. Ось основні види:
| Тип | опис |
|---|---|
| Пейджинг на вимогу | Сторінки завантажуються в оперативну пам'ять лише тоді, коли вони потрібні. |
| Підготовка | Цілі процеси або виконувані файли завантажуються одночасно. |
| Сегментація попиту | Поєднує віртуальну пам'ять із системами сегментованої пам'яті. |
| Спільна віртуальна пам'ять | Дозволяє кільком процесам спільно використовувати один простір пам’яті. |
Способи використання віртуальної пам'яті:
-
Надмірна пам'ять: Віртуальна пам’ять дозволяє системі виділяти процесам більше пам’яті, ніж фізично доступно, покладаючись на припущення, що не всі процеси будуть повністю використовувати виділену пам’ять.
-
Поміняти місце: Частина жорсткого диска, призначена як простір підкачки, служить розширенням фізичної оперативної пам’яті, забезпечуючи переповнення для рідко використовуваних даних.
Проблеми та рішення:
-
Помилки сторінки: часті помилки сторінки можуть призвести до зниження продуктивності. Одним із рішень є оптимізація алгоритму заміни сторінки, щоб мінімізувати кількість помилок сторінки.
-
Обмолот: Викид відбувається, коли система витрачає більше часу на обмін сторінками в оперативній пам’яті та з неї, ніж на виконання корисних завдань. Збільшення обсягу фізичної пам’яті або налаштування параметрів файлу сторінки системи може вирішити цю проблему.
Основні характеристики та інші порівняння з подібними термінами
| Характеристика | Віртуальна пам'ять | RAM (фізична пам'ять) |
|---|---|---|
| Місцезнаходження | І RAM, і диск | Тільки оперативна пам'ять |
| швидкість | Повільніше, ніж RAM | Швидше |
| Розмір | Більший за RAM | Менший |
| Волатильність | Енергонезалежний | Летючі |
| Вартість | Дешевше за одиницю | Дорожчий |
| Фізична залежність від компонентів | Менш залежний | Сильно залежний |
З розвитком технологій очікується, що системи віртуальної пам’яті стануть більш складними та ефективними. Деякі потенційні майбутні розробки включають:
-
Удосконалення обладнання: Удосконалення технологій пам’яті, таких як тривимірна пам’ять або мемристори, може призвести до швидших і енергоефективних систем віртуальної пам’яті.
-
Інтелектуальна заміна сторінок: алгоритми машинного навчання можна використовувати для прогнозування шаблонів доступу до сторінок і оптимізації стратегій заміни сторінок, зменшуючи помилки сторінок.
-
Інтеграція з хмарними обчисленнями: Віртуальну пам’ять можна бездоганно інтегрувати з хмарними службами, забезпечуючи плавну міграцію процесів і даних між локальними машинами та хмарними серверами.
Як проксі-сервери можна використовувати або пов’язувати з віртуальною пам’яттю
Проксі-сервери відіграють важливу роль у підвищенні безпеки, конфіденційності та продуктивності для користувачів Інтернету. Хоча самі проксі-сервери безпосередньо не використовують віртуальну пам’ять, вони можуть бути пов’язані з віртуальною пам’яттю в контексті кешування та доставки вмісту.
Коли проксі-сервер кешує веб-вміст, він зберігає локальну копію запитаних веб-сторінок. Завдяки цьому проксі-сервер зменшує необхідність багаторазового отримання того самого вмісту з Інтернету, що призводить до швидшого завантаження сторінки та зменшення споживання пропускної здатності мережі. У цьому сценарії механізм кешування проксі-сервера можна розглядати як форму віртуальної пам’яті, яка зберігає дані, до яких часто звертаються, локально для підвищення загальної продуктивності системи.
Крім того, проксі-сервери також можуть допомогти ефективно керувати ресурсами пам’яті, перевантажуючи деякі завдання з комп’ютера клієнта на сервер. Це може призвести до більш ефективного використання пам’яті на стороні клієнта та покращити загальний досвід перегляду.
Пов'язані посилання
Щоб отримати додаткові відомості про віртуальну пам’ять, ви можете ознайомитися з такими ресурсами:
