หน่วยความจำเสมือนคืออะไร?

ฉันกำลังตรวจสอบบันทึกย่อของฉันสองครั้งสำหรับ 'หน่วยความจำเสมือน' และคำจำกัดความในหนังสือเรียนของฉันคือ:

กระบวนการจัดสรรส่วนของหน่วยเก็บข้อมูลรองเพื่อทำหน้าที่เป็นส่วนหนึ่งของหน่วยความจำหลัก

ขณะที่วิกิพีเดียบอกว่า:

หน่วยความจำเสมือนเป็นเทคนิคระบบคอมพิวเตอร์ที่ให้แอปพลิเคชันโปรแกรมแสดงผลว่ามีหน่วยความจำในการทำงานที่ต่อเนื่องกัน (พื้นที่ที่อยู่)

และ (วิกิพีเดียก็บอกว่า)

โปรดทราบว่า "หน่วยความจำเสมือน" เป็นมากกว่า "การใช้พื้นที่ดิสก์เพื่อขยายขนาดหน่วยความจำกายภาพ"

ใครบ้างที่สามารถให้ความกระจ่างในสิ่งที่ถูกต้อง?

Note that "virtual memory" is more than just "using disk space to extend physical memory size"

หน่วยความจำเสมือนเป็นเลเยอร์ของสิ่งที่เป็นนามธรรมที่จัดเตรียมให้กับแต่ละกระบวนการ คอมพิวเตอร์มี RAM จริง 2 กิกะไบต์ที่ส่งจาก 0 ถึง 2G กระบวนการอาจเห็นพื้นที่ที่อยู่ขนาด 4GB ซึ่งมีอยู่ทั้งหมด การแมปจากที่อยู่เสมือนไปยังที่อยู่ทางกายภาพได้รับการจัดการโดยหน่วยการจัดการหน่วยความจำซึ่งจัดการโดยระบบปฏิบัติการ โดยทั่วไปแล้วจะทำใน 4KB "หน้า"

สิ่งนี้มีคุณสมบัติหลายอย่าง:

1. กระบวนการไม่สามารถมองเห็นหน่วยความจำในกระบวนการอื่น (เว้นแต่ระบบปฏิบัติการต้องการ!)
2. หน่วยความจำที่อยู่เสมือนที่ระบุอาจไม่อยู่ในที่อยู่จริงเดียวกัน
3. หน่วยความจำที่อยู่เสมือนสามารถ "เพจเอาต์" ไปยังดิสก์แล้ว "เพจใน" เมื่อมีการเข้าถึงอีกครั้ง

ตำราของคุณกำหนดหน่วยความจำเสมือน (ไม่ถูกต้อง) เพียง # 3

แม้จะไม่มีการแลกเปลี่ยนใด ๆ ก็ตามคุณต้องระวังหน่วยความจำเสมือนเป็นพิเศษหากคุณเขียนไดรเวอร์อุปกรณ์สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ DMA (เข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง) รหัสไดรเวอร์ของคุณทำงานบน CPU ซึ่งหมายถึงการเข้าถึงหน่วยความจำผ่าน MMU (เสมือน) อุปกรณ์อาจไม่ผ่าน MMU ดังนั้นจึงเห็นที่อยู่ทางกายภาพที่แท้จริง ดังนั้นในฐานะนักเขียนไดรเวอร์คุณต้องมั่นใจว่า:

1. ที่อยู่หน่วยความจำดิบที่คุณส่งไปยังฮาร์ดแวร์นั้นเป็นแบบฟิสิคัลไม่ใช่แบบเสมือน
2. บล็อกหน่วยความจำขนาดใหญ่ (หลายหน้า) ที่คุณส่งจะต่อเนื่องกันทางกายภาพ อาเรย์ 8K อาจจะต่อเนื่องกัน (ผ่าน MMU) แต่แยกกันสองหน้า ถ้าคุณบอกให้อุปกรณ์เขียนข้อมูล 8K ไปยังที่อยู่ทางกายภาพที่สอดคล้องกับจุดเริ่มต้นของอาเรย์นั้นมันจะเขียน 4K ตัวแรกที่คุณคาดหวัง แต่ 4K ตัวที่สองจะทำให้หน่วยความจำบางส่วนเสียหาย :-(

ฉันจะพยายามเริ่มต้นอย่างช้าๆจากนั้นรวบรวมทั้งหมดให้คุณ มันเป็นเช่นนี้:

หน่วยความจำเสมือนที่ใช้กันทั่วไปหมายถึง "การเพจ" ตามชื่อที่แนะนำเพจนั้นเหมือนกับสมุดบันทึกของมนุษย์

เมื่อคุณหาผลรวมง่าย ๆ หรือเรียนรู้ข้อมูลอย่างง่ายคุณทำได้ทั้งหมดในหัวของคุณ: คุณเพียงแค่โหลดข้อมูลทั้งหมดประมวลผลและรับคำตอบ เหมือนคอมพิวเตอร์กำลังโหลดไฟล์จากฮาร์ดไดรฟ์ - มันโหลดโปรแกรมหรือรูปภาพหรือข้อมูลอื่น ๆ ที่จำเป็นในการทำงานใน "หน่วยความจำจริง" (หรือ "หน่วยความจำกายภาพ") และทำงานกับมันด้วย "สมอง" ( โปรเซสเซอร์ของมัน)

อย่างไรก็ตามเมื่อคุณเรียนรู้ข้อมูลที่ซับซ้อนหรือทำงานกับผลรวมที่ซับซ้อนคุณอาจไม่สามารถพอดีกับสิ่งที่อยู่ในหัวของคุณในครั้งเดียว คุณสับสนเริ่มช้าลงไม่เก็บมันไว้ในนั้นในทันทีและต้องลืมสิ่งที่ต้องจำอย่างอื่น

ทางออกของมนุษย์คือการใช้แผ่นจดบันทึก เราจดบันทึกหน้าต่างๆทุกสิ่งที่เราจำไม่ได้ในครั้งเดียว แต่ให้อ้างอิงในขณะทำผลรวม เราอาจไม่สามารถจำรายชื่อยอดขายจำนวนมากในแต่ละเดือน แต่เราสามารถดูหน้าต่างๆรับข้อมูลได้ครั้งละเล็กน้อยและประมวลผลแต่ละบิต มันเหมือนกับคอมพิวเตอร์ "เพจจิ้ง" หน่วยความจำของมัน - การเขียนหน้าเต็มของข้อมูลและวางลงใน "หน่วยความจำเสมือน" สำหรับการอ้างอิงในภายหลังและตระหนักว่ามันต้องการหน้าและโหลดหน้านั้นจากหน่วยความจำเสมือนลงในหน่วยความจำจริง บน linux และ unix สถานที่ที่จัดเก็บหน้าเหล่านี้เรียกว่า "pagefile" อย่างแท้จริงและหน้าของข้อมูลในหน่วยความจำจะเรียกว่า "pages" อย่างแท้จริง ระบบที่ต่างกันมีชื่อแตกต่างกันสำหรับสิ่งเหล่านี้ แต่แนวคิดทั่วไปนั้นเหมือนกันมาก

ดังนั้นการเพจจึงง่ายมาก หน้าข้อมูลทั้งหมดไม่พอดีกับหน่วยความจำดังนั้นบางหน้าจึงใส่ดิสก์และโหลดอีกครั้งในภายหลัง

ตอนนี้ที่ที่มันมีความซับซ้อนมากขึ้นคือระบบที่ทันสมัยมีการแมปหน่วยความจำและการป้องกันหน่วยความจำซึ่งมักจะถูกจัดการโดยระบบฮาร์ดแวร์เดียวกันในคอมพิวเตอร์: หน่วยจัดการหน่วยความจำหรือ MMU

ในคอมพิวเตอร์แบบมัลติทาสก์ (ทันสมัย) ซึ่งสามารถเรียกใช้หลายโปรแกรมพร้อมกันและมีการป้องกันหน่วยความจำแต่ละโปรแกรมมักจะแยกจากโปรแกรมอื่นที่รันบนระบบเดียวกัน ด้วยวิธีนี้โปรแกรมหนึ่งไม่สามารถเปลี่ยนโปรแกรมอื่นได้อย่างง่ายดายโดยการเข้าถึงหน่วยความจำของโปรแกรม MMU จะแยกพื้นที่ที่อยู่ของโปรแกรมหนึ่งออกจากโปรแกรมอื่น กล่าวคือโปรแกรมของผู้ใช้ไม่เห็นโปรแกรมของผู้ใช้รายอื่นหรือแม้แต่โปรแกรมอื่น ๆ พวกเขาไม่เห็น "หน่วยความจำจริง" - พวกเขาเห็น "หน่วยความจำเสมือน" ของตัวเอง

ทีนี้แนวคิดการแยกหน่วยความจำและแนวคิดไฟล์เพจนั้นมีสองสิ่งที่แตกต่างกันในแนวคิดซึ่งอาจเป็นสาเหตุที่ทำให้คุณสับสน อย่างไรก็ตามคีย์คือทั้งคู่ทำงานโดยใช้ MMU - หน่วยจัดการหน่วยความจำซึ่งแยกหน่วยความจำออกเป็นหน้า ๆ และแมปเพจกับพื้นที่ที่อยู่เสมือน

ดังนั้นเมื่อโปรแกรมขอหน่วยความจำที่ "ที่อยู่หน่วยความจำ" บางอย่างสิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือหน้าหน่วยความจำของโปรแกรมนั้นและที่อยู่ที่สอดคล้องกัน (ที่อยู่ของโปรแกรม "พื้นที่ที่อยู่") ของโปรแกรมและหน้าเว็บที่สอดคล้องกับ พบบล็อกหน่วยความจำนั้น เพจนั้นสามารถโหลดได้ที่ไหนสักแห่งในหน่วยความจำจริงซึ่งในกรณีนี้โปรแกรมจะได้รับการเข้าถึงหรือสามารถเอาเพจออกไปยังดิสก์ได้ ถ้าเพจถูกเพจเอาต์ทริกเกอร์ "page fault" - เข้าถึงดิสก์และเพจถูกโหลดเข้าสู่หน่วยความจำ ดังนั้นโปรแกรมจะทำงานแม้ในขณะที่หน่วยความจำไม่เพียงพอ แต่มันจะทำงานช้าถ้ามันต้องใช้ดิสก์สำหรับสิ่งที่ปกติจะเป็นการเข้าถึงหน่วยความจำที่รวดเร็วมาก

ตอนนี้หากมีพื้นที่ไม่เพียงพอในการโหลดหน้านั้นลงในหน่วยความจำแสดงว่าคุณมีปัญหา ในกรณีนั้นหน้าอื่น ๆ ที่อยู่ในหน่วยความจำจะต้อง "สลับ" ไปยังดิสก์ดังนั้นหน้าแรกของโปรแกรมสามารถโหลดได้ หรืออาจเป็นหน้าจากโปรแกรมเดียวกัน คุณจะเห็นสิ่งนี้ในบางครั้งในโปรแกรมกราฟิกเช่นในระบบที่มีการโหลดสูงเมื่อส่วนหนึ่งของรูปภาพถูกโหลดช้าและวาดได้อย่างรวดเร็วส่วนต่อไปจะถูกโหลดอย่างช้าๆและวาดอย่างรวดเร็วและเมื่อคุณกลับไปทำงานกับระบบแรก ส่วนมันช้าอีกครั้ง นั่นเป็นเพราะพวกเขากำลังโหลดเพื่อทำงานต่อจากนั้นสลับออกอีกครั้งเพื่อให้สามารถทำงานอย่างอื่นได้ เห็นได้ชัดว่านี่เป็นวิธีการทำงานที่ช้ามากและสิ่งที่คุณต้องการคือหน่วยความจำ REAL ที่มากกว่า

ฉันรู้ว่ามันสายเกินไป .... แต่คิดว่ามันยังมีประโยชน์

• ทั้งหมดถูกต้องตามมุมมองที่ต่างกัน
• หน่วยความจำเสมือนเป็นเทคนิคการจัดการหน่วยความจำในขณะที่หน่วยความจำสลับเป็นพื้นที่บนดิสก์ หน่วยความจำ Swap โดยทั่วไปเรียกว่าพื้นที่สว็อป พื้นที่สว็อปหมายถึงส่วนของหน่วยความจำเสมือนที่สงวนไว้เป็นที่เก็บข้อมูลชั่วคราว พื้นที่สวอปถูกใช้เมื่อ RAM ที่มีอยู่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของหน่วยความจำของระบบได้
• คุณสามารถดูลิงค์ด้านล่างเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติม

ถ้าเราเข้าใจคำว่า virtual ฉันคิดว่าเราสามารถเข้าใจได้ว่ามันเกี่ยวข้องกับความทรงจำอย่างไร

"Virtual" ตามที่กำหนดไว้ใน Dictionary.com: "จำลองหรือขยายชั่วคราวโดยซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์: ดิสก์เสมือนใน RAM; หน่วยความจำเสมือนบนฮาร์ดดิสก์"

ในกรณีของหน่วยความจำเสมือนระบบจะจำลองหน่วยความจำระบบโดยใช้ทรัพยากรหน่วยความจำช้าลง (เช่นฮาร์ดไดรฟ์หัวแม่มือไดรฟ์ ฯลฯ ) เมื่อต้องการหน่วยความจำเพิ่มเติมระบบจะสลับข้อมูลในหน่วยความจำระบบซึ่งไม่จำเป็นสำหรับฮาร์ด ไดรฟ์หรือทรัพยากรที่คุณตั้งค่าไว้ นี่จะทำให้หน่วยความจำของระบบว่างขึ้นเพื่อให้แอปพลิเคชันของคุณสามารถทำงานต่อไปได้

การสลับเป็นกระบวนการต่อเนื่องดังนั้นหากคุณอัพเกรดหน่วยความจำของคุณคุณจะเห็นการปรับปรุงประสิทธิภาพเนื่องจากระบบไม่ควรเปลี่ยนเป็นหน่วยความจำช้าลงเมื่อออฟไลน์

หน่วยความจำเสมือนเป็นคุณลักษณะของระบบปฏิบัติการ (OS) ที่อนุญาตให้คอมพิวเตอร์ชดเชยการขาดแคลนหน่วยความจำทางกายภาพโดยถ่ายโอนหน้าข้อมูลชั่วคราวจากหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่ม (RAM) ไปยังที่จัดเก็บดิสก์

ความหมายเหมือนกระจกหรือหน่วยความจำตัวอย่างที่ใช้ในเครื่องเสมือนหรือกล่องเสมือนเพื่อลองระบบปฏิบัติการโดยไม่ต้องฟอร์แมตคอมพิวเตอร์

หน่วยความจำเสมือนเป็นบล็อกของฮาร์ดไดรฟ์ที่ระบบใช้เป็นไฟล์เก็บเพจนอกเหนือจาก RAM จริง

มันซับซ้อนและบางครั้งช้าเพราะ Windows ไม่จัดเรียงข้อมูลในส่วนนี้ของฮาร์ดไดรฟ์ของคุณ

2 เคล็ดลับที่ดีที่สุดที่ฉันสามารถนำเสนอได้: 1) Virt Mem ควรตั้งค่าทั้งนาทีและสูงสุดที่ประมาณ 1.5 เท่าหน่วยความจำกายภาพของคุณ อดีต 2GB RAM = 3070MB Virt 2) เมื่อจัดเรียงข้อมูลปิดไฟล์เพจของคุณ Defrag 2x และรีเซ็ตกลับเป็นหมายเลขเดิม สิ่งนี้ให้ไดรฟ์ที่สะอาดและจะเพิ่มความเร็วของไฟล์เพจ