Sysadminium
Каждому процессу выделяется память, такая память называется виртуальной. В этой статье я покажу вам, чем отличаются виртуальная и физическая память Windows.
Виртуальная и физическая память Windows
Для каждого нового процесса, в операционной системе Windows, выделяется некоторый объём оперативной памяти. Процесс не обязательно должен использовать весь выделенный объем памяти, он может занять всего лишь часть. Этот объем памяти называется виртуальным адресным пространством.
Процесс помещает все свои данные в выделенное ему виртуальное адресное пространство. И кстати, он не заботится о реальном расположении памяти. Собственно говоря, физическая память может находиться в оперативной памяти или на жестком диске. Такая память, расположенная на жёстком диске, называется SWAP. В Windows SWAP — это файл на жёстком диске в который помещаются данные из оперативной памяти. Данные в этом файле хранятся точно также как и в оперативной памяти.
Виртуальную память так назвали, потому что процесс думает что он в операционной системе один. Процесс видит только выделенный ему объём памяти (своё виртуальное адресное пространство) и не знает сколько в системе реально физической памяти.
Соотношение виртуальной памяти с физической
В общем работу виртуальной и физической памяти можно представить, таким образом:
- процесс помещает свои данные в ячейки памяти, которые принадлежат его виртуальному адресному пространству;
- вместе с тем, виртуальные ячейки связаны с физическими ячейками в оперативной памяти или на жестком диске в SWAP;
- и в итоге процессу не обязательно знать про физическое расположение памяти.
Размер виртуального адресного пространства теоретически ограничивается архитектурой компьютера. Но операционная система накладывает дополнительные ограничения.
Архитектура | Теоретический предел | Реальный предел для системных компонентов Windows |
Реальный предел для виртуального адресного пространства процесса |
---|---|---|---|
32-разрядная | 4 ГБ | 2 ГБ | 2 ГБ |
64-разрядная | 16 ЭБ = = 17600000000 ГБ |
128 ТБ = = 128000 ГБ |
128 ТБ = = 128000 ГБ |
Вы можете спросить, куда девается остальная память на 64-разрядной Windows? Она просто игнорируется, так как пока сложно себе представить такой объём оперативной памяти.
У физической памяти тоже есть лимит и он намного меньше чем лимиты для виртуальной памяти и составляет 24 ТБ.
Надеюсь вам стало понятнее зачем нужна виртуальная и физическая память Windows.
Каждому процессу выделяется память, такая память называется виртуальной. В этой статье я покажу вам, чем отличаются виртуальная и физическая память Windows
Чем отличается виртуальная память от физической
Оперативная память (RAM) — это физическая память, в которой хранятся приложения, документы и процедуры на компьютере. Виртуальная память — это область хранения, в которой хранятся файлы на жестком диске для извлечения, когда на компьютере заканчивается ОЗУ.
физический
Физическая память — это чипы оперативной памяти, приобретенные и размещенные в слоте на материнской плате компьютера. ОЗУ — это первая память, используемая, когда компьютеру требуется использование памяти, например, для загрузки приложения или открытия документа.
виртуальный
Виртуальная память хранится на жестком диске. Виртуальная память используется при заполнении оперативной памяти. Виртуальная память медленнее физической памяти, поэтому она может снизить производительность приложений.
распределение
Размер
Физическая память ограничена размером чипов оперативной памяти, установленных в компьютере. Виртуальная память ограничена размером жесткого диска, поэтому виртуальная память имеет возможность для большего объема памяти.
Соображения
Пользователи могут добавить больше оперативной памяти к компьютеру, чтобы повысить производительность компьютера, который слишком часто использует виртуальную память. Настройки виртуальной памяти можно контролировать через операционную систему.
В чем разница между оптическим и магнитным накопителем?
Основное различие между оптическими носителями, такими как CD и DVD, и магнитными носителями, такими как жесткие диски и дискеты старого образца, заключается в том, как компьютеры читают .
Разница между виртуальной памятью и основной памятью
Основное запоминающее устройство, также называемое ОЗУ, является физическим блоком памяти в компьютере. Виртуальная память также служит компьютерной памятью, но на самом деле это место на жестком диске, действующее как временная .
Разница между флэш-памятью и оперативной памятью
При выполнении программы мы имеем дело с физической оперативной памятью (ОП), собственно с которой и работает процессор, извлекая из нее команды и данные и помещая в нее результаты вычислений.
Физическая память представляет собой упорядоченное множество ячеек реально существующей оперативной памяти, и все они пронумерованы, то есть к каждой из них можно обратиться, указав ее порядковый номер (адрес). Количество ячеек физической памяти ограниченно и имеет свой фиксированный объем.
Процессор в своей работе извлекает команды и данные из физической оперативной памяти, данные из внешней памяти (винчестера, CD ) непосредственно на обработку в процессор попасть не могут.
Системное программное обеспечение должно связать каждое указанное пользователем символьное имя с физической ячейкой памяти, то есть осуществить отображение пространства имен на физическую память компьютера. В общем случае это отображение осуществляется в два этапа: сначала системой программирования, а затем операционной системой (ОС). Это второе отображение осуществляется с помощью соответствующих аппаратных средств процессора — подсистемы управления памятью, которая использует дополнительную информацию, подготавливаемую и обрабатываемую операционной системой. Между этими этапами обращения к памяти имеют форму виртуального адреса. При этом можно сказать, что множество всех допустимых значений виртуального адреса для некоторой программы определяет ее виртуальное адресное пространство, или виртуальную память.
Виртуальное адресное пространство программы зависит, прежде всего, от архитектуры процессора и от системы программирования и практически не зависит от объема реальной физической памяти компьютера. Можно еще сказать, что адреса команд и переменных в машинной программе, подготовленной к выполнению системой программирования, как раз и являются виртуальными адресами.
При программировании на языках высокого уровня программист обращается к памяти с помощью логических имен. Имена переменных, входных точек составляют пространство имен. Процессор работает только с физической оперативной памятью, которая достаточно дорога и имеет большие, но не всегда достаточные размеры.
Когда задача попадает на обработку, то перед ОС встает задача привязать символическое имя задачи с конкретной ячейкой ОП. Так, система программирования, в данном случае транслятор Ассемблера, присваивает каждому символическому имени адрес относительно начала сегмента, а операционная система в сегментные регистры заносит адреса начала сегментов и, при их сложении, получается физический адрес памяти расположения элемента с данным символическим именем.
Когда программа прошла этапы трансляции и редактирования, она приобрела двоичный вид. Все символические имена имеют двоичные адреса от какого-то нулевого значения, но они не указывают на конкретные ячейки памяти. В этом случае говорят, что символические имена, команды имеют виртуальный адрес. А когда операционная система соизволит запустить программу на выполнение, применив какую-то дисциплину обслуживания заданий, она каждому виртуальному адресу присвоит конкретный физический адрес оперативной памяти.
Когда администратор вычислительной системы запускает на выполнение множество заданий, то физический адрес команды или данного имеет только та задача, которая в данный момент обрабатывается процессором. Все остальные программы имеют виртуальные адреса, а их сумма составляет виртуальное адресное пространство. Современные ОС могут поддерживать виртуальное адресное пространство размером до 4Гб. При большой загрузке вычислительной системы, когда все запущенные на обработку программы не помещаются в оперативной памяти, они располагаются в виртуальной памяти и имеют виртуальные адреса. Когда по какой-либо дисциплине диспетчеризации они запускаются на обработку, модулями операционной системы виртуальные адреса превращаются в физические адреса оперативной памяти.
В некоторых случаях отображение пространства имен на физическую память тождественно отображению на виртуальное пространство. Получается абсолютная двоичная программа, где виртуальные адреса в точности соответствуют физическим. К таким программам относятся часть модулей ОС, которые каждый раз располагаются в ОП по одним и тем же адресам.
При работе на компьютере может встретиться наличие трех ситуаций:
— V (вирт) = V (оп) — виртуальное адресное пространство равно объему ОП;
— V (вирт) > V (оп) — виртуальное адресное пространство больше объема ОП.
В первых двух случаях никаких трудностей в распределении оперативной памяти возникнуть не может. Программ мало, все команды и данные находятся в ОП. Распределение ресурсов памяти обеспечивается разными методами, но мы остановимся на третьем варианте.
При мультипрограммировании виртуальное адресное пространство, как правило, бывает намного большего размера, чем свободная оперативная память, предоставляемая операционной системой для выполнения программ. В этом случае от методов распределения памяти между задачами во многом зависит производительность вычислительной системы.
В ыбранные и реализованные алгоритмы решения этих вопросов в значительной степени определяют и потенциальные возможности системы, и общую ее производительность, и эффективность использования имеющихся ресурсов.
Существуют различные способы организации виртуальной памяти. Оперативная память — это важнейший ресурс любой вычислительной системы, поскольку без нее (как, впрочем, и без центрального процессора) невозможно выполнение ни одной программы. Память является разделяемым ресурсом. От выбранных механизмов распределения памяти между выполняющимися процессами в значительной степени зависит эффективность использования ресурсов системы, ее производительность, а также возможности, которыми могут пользоваться программисты при создании своих программ.
Виртуальная память — способ организации памяти вычислительной системы, при котором каждая программа может оперировать с адресным пространством, превышающим емкость физической оперативной памяти (ОП). Пользователю при подготовке программы доступно все прямо-адресуемое пространство виртуальной одноуровневой памяти независимо от реальной емкости областей памяти, занятых другими программами. Создание системы виртуальной памяти возможно на базе сегментной, страничной и сегментно-страничной организации памяти.
В таких системах части программ (сегменты или страницы) размещаются в памяти компьютера таким образом, что используемые в данный момент части программ должны находиться в ОП, а неиспользуемые — во внешней памяти. При обращении программы к сегменту или странице, находящимся во внешней памяти, из ОП удаляется какая-либо часть программы, а на ее место переписывается из внешней памяти требуемый сегмент или страница. Преобразование математического (виртуального) адреса в физический осуществляется непосредственно при обращении к нему в память. В мультипрограммном режиме система виртуальной памяти позволяет увеличить число одновременно выполняемых заданий и повысить эффективности использования ОП, но при этом увеличиваются непроизводительные затраты машинного времени на преобразование.
Виртуальная память является подкачкой (дополнением) оперативной памяти. Она присутствует практически во всех операционных системах.
При запуске ресурсоемких программ у нас постоянно возникает потребность в виртуальной памяти. По этому сегодня мы рассмотрим подробный обзор «что это такое?» и как мы можем ее изменить в лучшую сторону.
Что такое виртуальная память?
Виртуальная память (Virtual Memory, ВП) — это метод управления памятью компьютера, использующий для работы файл подкачки (swap file). При недостатке существующего объема ОЗУ, позволяет запускать на ПК более ресурсозатратные программы. В таком случае данные приложения автоматически перемещаются между основной памятью и вторичным хранилищем.
Виртуальная память так же обладает рядом достоинств:
- Работает полностью в автоматическом режиме и не требует от пользователя постоянного управления основным пространством.
- Значительно повышает безопасность использования программного обеспечения (снижает вероятность вылетов, критического завершения работы, потери данных).
- Позволяет запускать и использовать на ПК больше памяти, чем это доступно физически.
За счет ее использования компьютер способен изолировать запущенные процессы друг от друга и рационально распределять RAM.
Она расходуется только для хранения активно используемых областей. Виртуальная память может включать важные для пользователя пароли, логины и другую информацию. Эта возможность используется сотрудниками спецслужб и хакерами для получения доступа к остальным компонентам компьютера. Сделать это можно как аппаратно, так и системно.
Как узнать объем файла подкачки (swap file)
Файл подкачки хранится на винчестере компьютера. Если для работы устройства используется несколько жестких дисков, то он будет расположен на самом быстром из них. Определить объем ВП можно с использованием стандартных средств Windows или специального софта.
Размер свапа подкачки можно узнать через штатную утилиту «Системный монитор».
- Откройте меню «Пуск» и начните вводить название приложения для мониторинга.
- Появится новое окно. Здесь вы найдете основную информации о свапе, пиковые значения подсчета обмена страниц, процент использования системой и размер.
При определении размера ВП система исходит не из объема ОЗУ, а из задач, которые выполняются на устройстве. Поэтому для определения размера необходимо запустить приложения и компоненты, которые обычно используются компьютером и посмотреть пиковое значение свапинга в течение этого сеанса. Он и будет определять величину файла подкачки.
Узнать объем ВП и другие параметры системы можно используя специальную утилиту Vmmap.exe. Она доступна для бесплатной загрузки на официальном сайте Microsoft и не требует установки. Поставляется в виде исполняемого файла, полностью на английском языке.
Dump File и его типы
Swap используется не только для расширения физической памяти, но и для создания аварийных дампов при возникновении «внештатных» аварийных ситуаций.
Как это работает:
- Во время первоначального запуска системы, Windows создает и сохраняет на жестком диске специальную карту секторов, которые занимает на HDD свап.
- Если происходит сбой, то операционная система изучает созданную карту на наличие неисправностей. В идеале она должна быть целостной. Если это так, то данные переписываются на винчестер и в свап по созданной карте секторов.
- При следующем перезапуске компьютера SMSS анализирует ВП и проверяет его на наличие дампов, если он есть, то данные копируются из файла подкачки в специальный dump file. Дополнительно обновляется системный журнал. Поэтому открыв его можно узнать, была ли проведена эта операция.
Таким образом при автоматическом выборе размера свапа, Windows руководствуется настройками для создания аварийного дампа.
Загрузка и восстановление
Дампы можно разделить на 4 типа:
В него записывается все содержимое RAM на момент незапланированного завершения работы. С учетом этой информации файл подкачки должен иметь размер равный физической памяти компьютера +1 МБ (используется для создания записи в системном журнале).
Выбирается системой автоматически только в том случае, если общий объем физической памяти 4 ГБ и менее.
В него записывается только информация и память, выделенная для ядра операционной системы. Он занимает сравнительно меньше места и его объема достаточно, чтобы Windows могла определить причины аварийного завершения работы.
Выбирается по умолчанию, если размер RAM превышает 4 ГБ. При выборе дампа памяти ядра важно следить, чтобы минимальный размер для файла подкачки составлял хотя бы ⅓ от общего объема физической.
Записывает только самую необходимую информацию для выявления причин аварийного сбоя. Здесь находится стоп-код и описание самой ошибки, дополнительно указываются загруженные на устройство драйвера и перечень запущенных процессов.
Необходимый размер файла подкачки для него —не менее 2 Мб.
Доступен только для операционных систем семейства Windows начиная от восьмерки и выше, либо Server 2012. Представляет собой аналог дампа ядра, но с тем отличием, что система может постоянно менять размер файла подкачки, позволяя ей выбирать оптимальный для работы вариант.
Размер свапа будет напрямую зависит от объема RAM и выбранного типа дампа. Дополнительно стоит учитывать и версию операционной системы. Это касается серверных и обычных сборок.
Как изменить Dump File
Перед тем, как менять размер виртуальной памяти, необходимо правильно определить и выбрать тип дампа. Сделать это можно используя штатные инструменты Windows. Для этого выполните следующие действия:
- Правой кнопкой мыши кликните по значку «Мой компьютер» и выберите меню «Свойства» . Найдите пункт «Дополнительные параметры» . Откроются свойства системы.
- Попасть в них можно и другим способом. Откройте диалоговое меню: «Выполнить» и в нем наберите:
- На вкладке «Дополнительно» найдите категорию, которая посвящена загрузке и восстановлению системы. После чего нажмите на кнопку «Параметры» .
- В блоке «Отказ системы» найдите графу запись отладочной информации и выберите подходящий тип дампа. Для Windows 10 по умолчанию используется Автоматический.
Загрузка и восстановление
- По желанию дамп можно отключить. Для этого в выпадающем списке выберите «Нет» . После этого система не будет делать резервные копии.
Нажмите «Ок» , как только внесете все необходимые изменения, чтобы они вступили в силу. Как только тип дампа будет выбран, можно приступать к изменению объема виртуальной памяти.
Как изменить объем виртуальной памяти через быстродействие
Запустите системную утилиту «Выполнить» одновременным нажатием клавиш Windows+R или откройте ее через Пуск. После этого:
- Перейдите на вкладку «Дополнительно» и найдите здесь категорию «Быстродействие» .
- Кликните по серой кнопке «Параметры» . Откроется новое окно. Здесь перейдите на вкладку «Дополнительно» .
- В нижней части экрана будет указан объем виртуальной памяти. Нажмите «Изменить» , чтобы ввести другой параметр и увеличить, либо уменьшить размер файла подкачки.
По умолчанию система определяет размер полностью в автоматическом режиме. Это наиболее оптимальная опция для Windows. При изменении объема свапа вручную важно, чтобы новый размер виртуальной памяти был не менее существующего, в противном случае возможны сбои в работе ПК.
После увеличение размера свапа перезагрузка не требуется. Если же он был наоборот уменьшен, то устройство необходимо обязательно перезапустить.
Как добавить виртуальную память на Windows
Как правило, среднестатистическому пользователю достаточно того объема ВП, которая выделяется устройством автоматически. Если на ПК мало физической RAM, то увеличить ее объем можно за счет свапа.
- Правой кнопкой мыши кликните по значку «Мой компьютер» и в выпадающем списке выберите графу «Свойства» .
- Откроется окно для работы с параметрами. В левой части экрана найдите надпись «Дополнительный параметры системы» .
- Здесь найдите «Быстродействие» и через меню «Параметры» откройте дополнительные свойства. На отразившейся вкладке выберите «Изменить» напротив «Виртуальная память» .
- Уберите галочку напротив графы «Автоматически выбирать объем файла подкачки» . После этого станут доступны остальные пункты.
- Выберите диск, на котором много свободного места и чьи ресурсы будут использоваться для создания файла подкачки.
- Отметьте пункт «Указать размер» , после чего добавьте значение в пустое поле. При этом число в поле «Максимальный» должно быть в 1,5 раза, чем в поле «Исходный» .
Как только закончите работу, подтвердите действия нажатием кнопки «Ок» . Все изменения автоматически вступят в силу.
В некоторых случаях увеличение Virtual Memory помогает повысить скорость работы ПК, увеличить общее быстродействие.
Рекомендации по использованию виртуальной памяти
Если вы не знаете, какой оптимальный объем для свапа выбрать и на что это будет влиять, то далее мы предлагаем ознакомиться вам с небольшими советами, которые помогут увеличить быстродействие ПК.
Итак, рассмотрим ряд советов:
- Если на устройстве используется несколько HDD или SSD, то для свапа указывайте тот диск, который не являетсясистемным. Здесь не должна быть установлена операционная система. В итоге это значительно повысит общую скорость работы.
- Создавать можно несколько файлов подкачки. Если вы используете дамп, то хотя бы один свап должен находиться на системном диске. Для всех остальных случаев делать это не обязательно.
- Если у вас несколько винчестеров с разными физическими параметрами, то выбирать следует тот, который отличается лучшими показателями скорости работы. Узнать это можно из технических характеристик HDD.
- Если жесткий диск разбит на несколько разделов, то для файла подкачки следует выбирать тот, который является основным (первым). К этому участку есть мгновенный доступ, что серьезно влияет на скорость работы.
- Не бойтесь указать слишком большой размер для файла подкачки. Если физический размер HDD позволяет это сделать, то выделите ВП от 4 объемов от существующей RAM. Слишком низкий показатель может привести к появлению ошибок, критическому завершению работы некоторых приложений (с потерей данных).
- Старайтесь ограничивать минимальный объем swap файла. Это позволит избежать его постоянной фрагментации. Если вы используете компьютер для работы с ресурсозатратным ПО или он работает в качестве сервера для хранения баз данных, то размер файла подкачки должен составлять 2-3 полных объема ОЗУ. Во всех остальных случаях он должен быть равен RAM или быть больше в 1,5 раза.
После манипуляций с настройками компьютера и изменением размера ВП лучше перезагрузить компьютер (хотя это не всегда обязательно) и запустить специальную утилиту для дефрагментации. Это поможет переместить его ближе к началу раздела, чтобы система получала к нему моментальный доступ.
Так же подробно про ВП можно посмотреть в видеоролике ниже:
Виртуальная память или файл подкачки
В видео рассматривается оптимальный размер файла подкачки
Сегодня мы ответили на вопрос «Виртуальная память, что это? И для чего она нужна?». Она помогает значительно повысить быстродействие системы и используется для хранения информации при сбоях. По умолчанию объем файла подкачки регулируется Windows полностью в автоматическом режиме.
Если пользователь хочет указать его самостоятельно, то для этого необходимо учесть выбранный тип дампа (либо отключить его). Объем виртуальной памяти зависит от дампа и общего объема RAM.
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
При выполнении программы мы имеем дело с физической оперативной памятью, собственно с которой и работает процессор, извлекая из нее команды и данные и помещая в нее результаты вычислений.
Физическая память представляет собой упорядоченное множество ячеек реально существующей оперативной памяти, и все они пронумерованы, то есть к каждой из них можно обратиться, указав ее порядковый номер (адрес). Количество ячеек физической памяти ограниченно и имеет свой фиксированный объем.
Процессор в своей работе извлекает команды и данные из физической оперативной памяти, данные из внешней памяти (винчестера, CD) непосредственно на обработку в процессор попасть не могут.
Системное программное обеспечение должно связать каждое указанное пользователем символьное имя с физической ячейкой памяти, то есть осуществить отображение пространства имен на физическую память компьютера. В общем случае это отображение осуществляется в два этапа: сначала системой программирования, а затем операционной системой. Это второе отображение осуществляется с помощью соответствующих аппаратных средств процессора — подсистемы управления памятью, которая использует дополнительную информацию, подготавливаемую и обрабатываемую операционной системой. Между этими этапами обращения к памяти имеют форму виртуального адреса. При этом можно сказать, что множество всех допустимых значений виртуального адреса для некоторой программы определяет ее виртуальное адресное пространство, или виртуальную память. Виртуальное адресное пространство программы зависит, прежде всего, от архитектуры процессора и от системы программирования и практически не зависит от объема реальной физической памяти компьютера. Можно еще сказать, что адреса команд и переменных в машинной программе, подготовленной к выполнению системой программирования, как раз и являются виртуальными адресами.
При программировании на языках высокого уровня программист обращается к памяти с помощью логических имен. Имена переменных, входных точек составляют пространство имен. Процессор работает только с физической оперативной памятью, которая достаточно дорога и имеет большие, но не всегда достаточные размеры. Когда задача попадает на обработку, то перед ОС встает задача привязать символическое имя задачи с конкретной ячейкой ОП. Так, система программирования, в данном случае транслятор Ассемблера, присваивает каждому символическому имени адрес относительно начала сегмента, а операционная система в сегментные регистры заносит адреса начала сегментов и, при их сложении, получается физический адрес памяти расположения элемента с данным символическим именем. Когда программа прошла этапы трансляции и редактирования, она приобрела двоичный вид. Все символические имена имеют двоичные адреса от какого-то нулевого значения, но они не указывают на конкретные ячейки памяти. В этом случае говорят, что символические имена, команды имеют виртуальный адрес. А когда операционная система соизволит запустить программу на выполнение, применив какую-то дисциплину обслуживания заданий, она каждому виртуальному адресу присвоит конкретный физический адрес оперативной памяти.
Когда администратор вычислительной системы запускает на выполнение множество заданий, то физический адрес команды или данного имеет только та задача, которая в данный момент обрабатывается процессором. Все остальные программы имеют виртуальные адреса, а их сумма составляет виртуальное адресное пространство. Современные ОС могут поддерживать виртуальное адресное пространство размером до 4Гбайт. При большой загрузке вычислительной системы, когда все запущенные на обработку программы не помещаются в оперативной памяти, они располагаются в виртуальной памяти и имеют виртуальные адреса. Когда по какой-либо дисциплине диспетчеризации они запускаются на обработку, модулями операционной системы виртуальные адреса превращаются в физические адреса оперативной памяти.
В некоторых случаях отображение пространства имен на физическую память тождественно отображению на виртуальное пространство. Получается абсолютная двоичная программа, где виртуальные адреса в точности соответствуют физическим. К таким программам относятся часть модулей ОС, которые каждый раз располагаются в ОП по одним и тем же адресам.
При работе на компьютере может встретиться наличие трех ситуаций:
— V(вирт) < V(оп) - виртуальное адресное пространство меньше объема ОП;
— V(вирт) = V(оп) — виртуальное адресное пространство равно объему ОП;
— V(вирт) > V(оп) — виртуальное адресное пространство больше объема ОП.
В первых двух случаях никаких трудностей в распределении оперативной памяти возникнуть не может. Программ мало, все команды и данные находятся в ОП. Распределение ресурсов памяти обеспечивается разными методами.
При мультипрограммировании виртуальное адресное пространство, как правило, бывает намного большего размера, чем свободная оперативная память, предоставляемая операционной системой для выполнения программ. В этом случае от методов распределения памяти между задачами во многом зависит производительность вычислительной системы.
Читайте также:
- Led c1 на материнской плате что это
- Как преобразовать xml файл в pdf файл java в vaadin
- Bubble boy вирус компьютерным когда был создан
- Может ли звуковая карта испортить наушники
- Пользователи не имеющие учетной записи и пароля для этого компьютера
Виртуальная память и ее важность в работе компьютера
Виртуальная память – это одна из основных компонентов компьютерной системы, которая позволяет эффективно управлять доступом к оперативной памяти и расширить ее объем. Она является важным элементом в операционных системах и играет значительную роль в обеспечении эффективной работы приложений.
Основной принцип работы виртуальной памяти заключается в предоставлении каждому процессу или приложению виртуального адресного пространства, которое может быть больше, чем объем физической памяти на компьютере. При этом физическая память используется только для хранения активных данных и кода, в то время как остальные данные хранятся на диске. Когда процессу или приложению требуется доступ к данным, которые находятся в виртуальной памяти, операционная система осуществляет перенос этих данных из дискового хранилища в физическую память.
Виртуальная память принесла значительные выгоды для компьютерных систем. Во-первых, она позволяет запускать более одного процесса или приложения одновременно без необходимости увеличивать объем физической памяти, что ведет к экономии ресурсов среды. Во-вторых, она обеспечивает защиту данных, поскольку каждому процессу предоставляется свое виртуальное адресное пространство, и никакие другие процессы не могут получить доступ к его данным без соответствующих разрешений.
Что такое виртуальная память?
Основная идея виртуальной памяти заключается в том, чтобы разделить доступ к физической памяти между различными процессами и программами. Виртуальная память позволяет каждому процессу считать, что он имеет доступ к своей собственной части физической памяти, хотя на самом деле она может быть разбросана по разным участкам физической памяти компьютера.
Виртуальная память имеет ряд преимуществ. Во-первых, она позволяет эффективно использовать ресурсы компьютера, так как различные процессы могут использовать разные части физической памяти, не создавая конфликтов и пересекающихся областей. Во-вторых, виртуальная память позволяет каждому процессу загружать в оперативную память только необходимые для выполнения задачи данные, что экономит ресурсы и повышает производительность системы.
Кроме того, виртуальная память обеспечивает защиту данных и безопасность работы процессов. Каждый процесс имеет свое собственное адресное пространство и не может обращаться к памяти других процессов. Это позволяет защитить данные от несанкционированного доступа или повреждения.
В итоге, виртуальная память является неотъемлемой частью современных операционных систем и является основой для эффективной работы приложений и процессов. Она позволяет использовать ресурсы компьютера эффективно, обеспечивает безопасность и защиту данных, а также повышает производительность системы в целом.
Разделение памяти
Операционная система разделяет физическую и виртуальную память на блоки фиксированного размера, называемые страницами. Каждая страница имеет свой уникальный адрес в виртуальной памяти, который называется виртуальным адресом. Физическая память также разделяется на блоки того же размера, но адресуется с помощью физического адреса.
Когда процесс выполняется на процессоре, он использует виртуальные адреса, считая, что вся его память имеет непрерывную последовательность адресов. Однако, на самом деле, эти адреса обрабатываются операционной системой с помощью меры защиты памяти. Мера защиты памяти определяет, какие страницы доступны каждому процессу, и позволяет избегать ошибок доступа к памяти, таких как чтение или запись в недоступный участок памяти.
Кроме того, разделение памяти позволяет операционной системе эффективно управлять физической памятью. Когда процесс использует виртуальную память, операционная система загружает только необходимые страницы в физическую память, освобождая остальное место для других процессов. Это позволяет эффективно использовать ограниченные ресурсы физической памяти и увеличить производительность компьютера.
Таким образом, разделение памяти является ключевым аспектом виртуальной памяти, обеспечивая правильное функционирование многозадачности и удобство работы с подсистемой управления памятью операционной системы.
Применение виртуальной памяти
Применение виртуальной памяти помогает решить несколько проблем, возникающих при работе с ограниченным объемом физической памяти:
Проблема | Решение |
---|---|
Ограниченный объем физической памяти | Виртуальная память позволяет использовать дополнительное пространство на жестком диске в качестве расширения оперативной памяти. Это позволяет запускать больше программ и обрабатывать большие объемы данных. |
Защита памяти | Виртуальная память позволяет каждой программе работать в изолированном адресном пространстве. Это обеспечивает защиту данных и кода программы от несанкционированного доступа и повредительства. |
Быстрое переключение контекста | Виртуальная память позволяет системе быстро переключаться между разными программами, что особенно важно в многозадачных системах. Каждая программа хранится в своем виртуальном адресном пространстве, и переключение контекста выполняется эффективно и безопасно. |
Таким образом, применение виртуальной памяти позволяет повысить производительность системы, обеспечить безопасность данных и справиться с ограничениями физической памяти. Это делает ее неотъемлемой частью современных операционных систем и является важным элементом работы с большими объемами данных.
Плюсы виртуальной памяти
Основными плюсами виртуальной памяти являются:
- Расширение доступного пространства памяти: благодаря виртуальной памяти, объем доступной памяти для приложений может быть гораздо больше, чем объем физической оперативной памяти компьютера. Это позволяет запускать и работать с приложениями, требующими большого объема памяти, даже на компьютерах с ограниченными ресурсами.
- Увеличение производительности: благодаря тому, что виртуальная память способна переносить данные на жесткий диск, операционная система может освободить физическую память для других приложений или операций. Это увеличивает производительность системы в целом, позволяя выполнять больше задач одновременно.
- Защита от ошибок в программном обеспечении: виртуальная память помогает предотвратить различные ошибки, связанные с некорректной работой приложений. Если программа выходит за пределы доступной виртуальной памяти, операционная система срабатывает и завершает ее работу, предотвращая сбои операционной системы в целом.
- Улучшение качества работы приложений: благодаря виртуальной памяти, приложения могут работать с данными, находящимися на жестком диске, как если бы они находились в оперативной памяти. Это позволяет улучшить качество работы приложений, ускорить загрузку данных и упростить обработку больших объемов информации.
В итоге, виртуальная память является неотъемлемой частью современных операционных систем и позволяет эффективно использовать ресурсы компьютера, увеличить доступное пространство памяти и повысить производительность приложений.
Обмен данными на жестком диске
Виртуальная память позволяет операционной системе обмениваться данными между оперативной памятью и жестким диском. Когда оперативная память заполняется и не хватает места для хранения данных, которые необходимы программам, они перемещаются на жесткий диск.
Данные на жестком диске могут быть разделены на блоки, которые называются страницами. Когда программа запрашивает доступ к определенной странице памяти, операционная система начинает обмен данными с жестким диском.
Операция обмена данных на жестком диске происходит в фоновом режиме, что позволяет программам продолжать работу без задержек. При необходимости данные могут быть загружены обратно в оперативную память, чтобы программа могла продолжить свою работу с актуальными данными.
Этот процесс обмена данных между оперативной памятью и жестким диском позволяет операционной системе эффективно использовать ресурсы компьютера. Программы могут потреблять больше памяти, чем доступно в оперативной памяти, благодаря возможности хранения данных на жестком диске.
Кроме того, виртуальная память позволяет операционной системе эффективно управлять запущенными программами. Она может перемещать данные между оперативной памятью и жестким диском в зависимости от их активности и приоритета, что ускоряет выполнение программ и оптимизирует использование ресурсов компьютера.
Таким образом, механизм обмена данными на жестком диске виртуальной памяти играет важную роль в обеспечении эффективной работы операционной системы и программ, позволяя использовать больше памяти и оптимизировать использование ресурсов компьютера.
Блоки и страницы виртуальной памяти
Страницы виртуальной памяти имеют фиксированный размер и выравниваются по границам физической памяти. Размер страницы определяется операционной системой и может быть разным, например, 4 Кбайт или 8 Кбайт. Вся виртуальная память разбивается на такие страницы, и каждая страница получает свой уникальный адрес.
Когда процесс запрашивает доступ к определенной области памяти, операционная система переводит логический адрес процесса в физический адрес машинного языка с помощью таблицы страниц. Эта таблица содержит информацию о соответствии логических адресов страниц физическим адресам блоков памяти.
Использование блоков и страниц виртуальной памяти позволяет эффективно управлять доступом к памяти, минимизировать количество обращений к физической памяти и повышать производительность системы. Кроме того, виртуальная память позволяет использовать большие объемы памяти, чем физическая память компьютера, что особенно важно для работы с большими файлами и запуска множества приложений одновременно.
Преимущества использования блоков и страниц виртуальной памяти:
1. Увеличение доступного объема памяти;
2. Эффективное управление доступом к памяти;
3. Повышение производительности системы;
4. Возможность работы с большими объемами памяти.
Организация адресного пространства
Основным преимуществом организации адресного пространства в виртуальной памяти является возможность эффективно управлять памятью и улучшить производительность системы. Каждая программа, выполняемая в операционной системе, имеет свое собственное виртуальное адресное пространство, которое ограничено только логической вместимостью процессора. Это позволяет каждой программе использовать память без вмешательства других программ, что обеспечивает надежность и безопасность работы системы.
Виртуальное адресное пространство обычно разделено на несколько секций, таких как код программы, данные и стек. Каждая секция может иметь свои особенности и ограничения в доступе к памяти. Например, секция кода обычно имеет атрибут «только для чтения», чтобы предотвратить изменение исполняемого кода. Данные могут быть доступны только для чтения или для записи, а секция стека предназначена для хранения временных данных, которые используются в процессе выполнения программы.
Организация адресного пространства в виртуальной памяти позволяет операционной системе эффективно управлять памятью, освобождать и выделять память при необходимости, а также предоставлять каждой программе свое собственное виртуальное адресное пространство. Это делает возможным использование большего объема памяти и улучшает производительность системы в целом.
Алгоритмы работы с виртуальной памятью
Алгоритм подкачки страниц – это один из ключевых алгоритмов, используемых в системах с виртуальной памятью. Он отвечает за перемещение данных между физической и виртуальной памятью. Когда операционная система обнаруживает, что запрашиваемая страница находится в виртуальной памяти, она вызывает алгоритм подкачки страниц для загрузки нужной страницы из виртуальной памяти в физическую.
Алгоритм замещения страниц – это алгоритм, определяющий, какие страницы данных должны быть удалены из физической памяти, когда она заполнена, и требуется освободить место для новых страниц. Различные алгоритмы замещения страниц определяют порядок удаления страниц. Некоторые из наиболее распространенных алгоритмов замещения страниц включают FIFO (первым зашел – первым вышел) и LRU (наименее недавно использованный).
Алгоритмы страничного кэширования используются для кэширования фрагментов памяти для быстрого доступа к данным. Вместо того чтобы загружать всю виртуальную страницу сразу, алгоритмы страничного кэширования могут загружать только нужные фрагменты и хранить их в кэше. При обращении к данным, операционная система может сначала проверить наличие нужной информации в кэше и, в случае успеха, получить доступ к данным непосредственно из кэша, что значительно ускоряет процесс.
Различные алгоритмы работы с виртуальной памятью позволяют оптимизировать процессы загрузки и выгрузки данных, а также улучшить производительность системы в целом. Создание эффективных алгоритмов является важной задачей для разработчиков операционных систем и обеспечивает более эффективное использование доступной памяти.
Распределение ресурсов виртуальной памяти
Распределение ресурсов виртуальной памяти осуществляется операционной системой с помощью различных стратегий. Одной из таких стратегий является разделение виртуальной памяти на страницы фиксированного размера, обычно 4 килобайта. Каждая страница имеет свой уникальный адрес, который используется процессом для обращения к данным в памяти.
Операционная система отображает виртуальные страницы на физическую память с помощью специальной таблицы, называемой таблицей страниц. Эта таблица содержит соответствие между виртуальными и физическими адресами страниц. В случае, если страница отсутствует в физической памяти, операционная система может использовать механизм подкачки, чтобы загрузить ее из вторичного хранилища, такого как жесткий диск. Когда страница больше не нужна, она может быть выгружена обратно во вторичное хранилище, освобождая физическую память для других процессов.
Кроме того, операционная система может использовать различные стратегии для оптимизации работы с виртуальной памятью. Например, механизм кэширования позволяет операционной системе сохранять наиболее часто используемые страницы физической памяти в оперативной памяти для быстрого доступа. Также используются различные алгоритмы вытеснения страниц из физической памяти в случае нехватки места. Все эти механизмы позволяют эффективно использовать ограниченные ресурсы физической памяти и повышают производительность операционной системы.
Что такое виртуальная память: полный гид для начинающих
Виртуальная память — это технология, позволяющая расширить объем доступной памяти для приложений за счет использования внешнего накопителя, такого как жесткий диск. Давайте разберемся, как она устроена и работает.
Основные понятия
Виртуальная память — это виртуальное адресное пространство, выделяемое каждому процессу операционной системой. Оно может быть больше, чем физически доступный объем оперативной памяти компьютера. Благодаря механизму виртуальной памяти процесс может адресовать больший объем памяти, чем фактически установлено в компьютере.
Существует несколько способов организации виртуальной памяти:
- Страничная организация — память делится на фиксированные блоки (страницы).
- Сегментная организация — память делится на переменные блоки (сегменты).
- Гибридная организация — сочетает страничную и сегментную.
Для хранения неиспользуемых в данный момент страниц или сегментов используется специальный файл на диске, называемый файлом подкачки или swap-файлом.
Как устроена виртуальная память
При запуске процесс получает собственное виртуальное адресное пространство. Адреса в этом пространстве называются виртуальными. Специальное устройство — блок управления памятью (MMU) — выполняет трансляцию виртуальных адресов в физические адреса оперативной памяти.
При страничной организации виртуальное адресное пространство делится на страницы фиксированного размера, обычно 4 Кбайта. Каждая страница имеет свой номер. MMU хранит таблицу соответствия между номерами виртуальных и физических страниц.
При сегментной организации память делится на сегменты переменной длины. MMU хранит информацию о начальных адресах и размерах сегментов.
Если страница или сегмент отсутствуют в оперативной памяти, операционная система загружает их с диска — это называется подкачкой.
Механизм подкачки страниц
Рассмотрим подробнее, как работает механизм подкачки на примере страничной организации памяти.
Когда программа обращается к виртуальному адресу, процессор с помощью MMU преобразует его в физический адрес оперативной памяти. Если страница отсутствует, возникает прерывание страничного нарушения (page fault).
Операционная система в ответ на это прерывание:
- Выбирает малоиспользуемую страницу в оперативной памяти.
- Копирует ее в файл подкачки на диске.
- Освобождает это место в оперативной памяти.
- Загружает туда нужную страницу с диска.
- Обновляет таблицу страниц.
- Возобновляет выполнение программы.
За счет этого программа получает доступ к данным, которые физически располагаются на диске.
Частые операции подкачки приводят к фрагментации файлов на диске. Чтобы этого избежать, операционные системы периодически выполняют дефрагментацию.
В ОС Windows размер файла подкачки можно настроить вручную. В Linux он обычно располагается в отдельном разделе диска.
Преимущества виртуальной памяти
Использование виртуальной памяти дает следующие преимущества:
- Позволяет запускать приложения, использующие больше памяти, чем физически установлено в компьютере.
- Увеличивает количество одновременно работающих программ за счет подкачки на диск.
- Упрощает разработку ПО, не требуя от программиста управлять памятью вручную.
- Повышает производительность благодаря кэшированию часто используемых данных.
Виртуальная память стала важной частью современных операционных систем и позволила увеличить возможности компьютеров. Особенно актуальна она для работы с большими объемами данных, например при обработке видео или 3D-графики.
Недостатки и ограничения
Несмотря на преимущества, у виртуальной памяти есть и недостатки:
- Снижение скорости работы из-за латентности жестких дисков по сравнению с оперативной памятью.
- Дополнительная нагрузка на процессор для выполнения операций подкачки.
- Возможная фрагментация и неэффективное использование памяти.
Что такое виртуальная память позволяет расширить доступную память, но при частых обращениях к подкачанным данным производительность может снижаться.
Виртуальная память в разных ОС
Поддержка виртуальной памяти реализована во всех современных операционных системах, но есть некоторые особенности.
- В Windows файл подкачки по умолчанию динамический, в Linux статический в отдельном разделе.
- Mac OS использует свою собственную технологию подкачки данных.
- В мобильных OS Android и iOS изначально не было полноценной поддержки виртуальной памяти.
Что такое виртуальная память может немного отличаться реализацией в разных операционках, но базовые принципы остаются общими.
Аппаратная поддержка
Для работы виртуальной памяти нужна поддержка на уровне железа:
- Процессор должен уметь работать с виртуальными адресами.
- Наличие блока MMU для трансляции адресов.
- Буфер ассоциативной трансляции (TLB) для ускорения работы.
Что такое виртуальная память требует аппаратных средств для эффективной реализации этого механизма.
Рекомендации по использованию
Чтобы виртуальная память работала оптимально, стоит учитывать несколько рекомендаций:
- Настраивать размер файла подкачки с запасом под пиковые нагрузки.
- Располагать файл подкачки на отдельном быстром диске.
- Периодически дефрагментировать диск с файлом подкачки.
Что такое виртуальная память дает дополнительные возможности, и правильная настройка поможет извлечь из нее максимум пользы.
Пример использования в приложениях
Рассмотрим на конкретном примере, как виртуальная память используется в приложениях.
При работе с большими изображениями или видео редакторы памяти могут задействовать виртуальную память. Например, при обработке RAW файла с камеры объемом 100 Гб программа выделяет столько виртуальной памяти, а фактические данные читает с диска по мере необходимости.
Это позволяет работать с файлами, значительно превышающими оперативную память компьютера. Но при интенсивном редактировании могут возникать задержки из-за подкачки данных с диска.
Виртуальная память в облачных сервисах
Механизмы виртуальной памяти активно используются в облачных сервисах для распределения ресурсов между пользователями.
Каждая виртуальная машина пользователя имеет выделенное для нее виртуальное адресное пространство. Хост-машина назначает оперативную память по мере необходимости, а остальное хранит на дисках.
Это позволяет гибко управлять памятью и запускать на одном сервере множество виртуальных машин.
Будущее виртуальной памяти
Каковы перспективы развития технологии виртуальной памяти? Можно выделить несколько направлений:
- Рост физической памяти серверов и настольных ПК.
- Использование твердотельных накопителей для ускорения подкачки.
- Новые архитектуры процессоров и ОЗУ.
- Развитие концепции единого адресного пространства.
Что такое виртуальная память продолжает активно развиваться по мере появления новых технологий в области вычислительной техники.