Memoria virtuale nel sistema operativo: cos'è e come funziona

Pubblicato: 2022-04-22

Come individui, ci destreggiamo sempre con il lavoro in diverse sfere della nostra vita. Lo stesso vale quando lavoriamo su un computer. Carichiamo più applicazioni o schede del browser contemporaneamente.

Tuttavia, la RAM, la parte della memoria che memorizza le applicazioni in esecuzione attiva, è limitata. Pertanto, esiste un limite al caricamento delle applicazioni poiché la RAM alla fine si esaurisce. È qui che entra in gioco la memoria virtuale nell'architettura del computer.

cos'è la memoria virtuale nel sistema operativo

È una caratteristica di qualsiasi sistema operativo in cui una parte della memoria secondaria viene temporaneamente trattata come RAM aggiuntiva. In questo modo, la memoria virtuale consente di compensare la carenza di RAM effettiva.

La memoria virtuale è piuttosto importante data la complessità e le dimensioni delle applicazioni in questi giorni. Discutiamo cos'è la memoria virtuale e comprendiamo meglio questo concetto.

Sommario

Che cos'è la memoria virtuale nel sistema operativo (OS): una panoramica

La memoria virtuale o RAM virtuale è un meccanismo per la gestione della memoria da parte di qualsiasi sistema operativo (SO) in cui una sezione della memoria secondaria o volatile viene temporaneamente trattata come memoria principale. Lo fa scambiando i dati che sono stati recentemente inutilizzati dalla RAM alla memoria su disco, come disco rigido o unità a stato solido. Quando i dati sono necessari, vengono ricopiati nella RAM originale.

Ciò accade quando la RAM si sta esaurendo e diversi processi vengono eseguiti contemporaneamente. L'archiviazione virtuale consente agli utenti di caricare volumi maggiori di processi di calcolo rispetto alla memoria primaria effettiva disponibile, quindi è vantaggioso per programmi di grandi dimensioni. Il sistema operativo è anche in grado di caricare diverse parti di processi separati nella memoria principale, necessaria per il multitasking.

Tuttavia, se i dati devono essere scambiati spesso, il sistema del tuo computer può rallentare. La memoria virtuale è normalmente implementata dalla segmentazione della domanda e dal paging della domanda. La conoscenza della paginazione della domanda è essenziale per spiegare l'implementazione della memoria virtuale.

Terminologie di base

  • Programma: un insieme di istruzioni per l'esecuzione di attività in un computer

  • Processo: un processo nel sistema operativo è qualsiasi attività per l'esecuzione sequenziale del codice del programma.

  • Discussione: Percorso seguito durante l'esecuzione di un programma. Un sistema operativo ha la capacità di multithreading di gestire più richieste da un utente in modo ottimale.

  • Pagina: in un sistema operativo, la memoria è suddivisa in unità note come pagine. Queste pagine vengono utilizzate per memorizzare i programmi.

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Che cos'è la richiesta di paging?

Il Demand Paging è il processo di memorizzazione di tutte le pagine in un processo computazionale nella memoria secondaria per la gestione della memoria virtuale. Decidere quali pagine dovrebbero far parte della memoria principale e quali dovrebbero essere nella memoria virtuale può essere difficile da prevedere prima del requisito effettivo. Quindi, nessuna pagina viene caricata in anticipo nella memoria principale.

Nella memoria principale, quando una pagina viene inizialmente rimandata, sarà presente nella memoria secondaria. Le pagine da sostituire sono determinate attraverso diversi algoritmi di sostituzione delle pagine disponibili. Pertanto, la pagina potrebbe essere o meno disponibile nella memoria principale in un secondo momento.

Vengono caricate solo le pagine richieste da un processo di calcolo al momento e le altre pagine vengono scambiate su richiesta o al verificarsi indesiderato di errori di pagina. La memoria virtuale è solitamente implementata da questa tecnica.

Spiegazione della memoria virtuale che funziona nel sistema operativo

come funziona la memoria virtuale

Ora che sai cos'è la memoria virtuale nei sistemi operativi, capiamo anche il suo funzionamento.

Ogni volta che durante l'esecuzione di un processo la memoria principale non è disponibile per i programmi che devono essere caricati, il sistema operativo (OS) crea automaticamente spazio per la memorizzazione di questi programmi sotto forma di pagine.

Lo fa copiando le aree meno utilizzate o referenziate nella RAM in una sezione della memoria secondaria. Quindi, la tua memoria virtuale è composta da questi dati.

Quando una parte o una pagina è richiesta, viene caricata nella memoria principale. Il sistema operativo partiziona la memoria con un numero definito di indirizzi in file di scambio o di paging. La sua unità di gestione della memoria traduce l'indirizzo virtuale in indirizzo reale durante la copia dei dati.

Il gestore della memoria tiene traccia di tutti i passaggi tra la memoria fisica e quella virtuale. In questo modo vengono eseguiti anche i processi che non possono essere caricati completamente nella memoria fisica.

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Ad esempio, supponiamo che ci siano X MB di memoria fisica disponibile sulla RAM ma il sistema operativo necessita di Y MB in più di memoria per archiviare i programmi in esecuzione. Quindi, Y MB di memoria virtuale verranno impostati e indirizzati dal sistema operativo. Un file di dimensione Y MB su disco rigido o SSD memorizzerà memoria aggiuntiva. La dimensione della memoria virtuale dipende dalla memoria su disco disponibile.

Se la memoria virtuale nell'architettura del computer inizia a esaurirsi, potrebbe essere necessario aumentare le dimensioni del file di paging o acquistare RAM aggiuntiva.

Come gestire la memoria virtuale in un sistema operativo?

spiegare la memoria virtuale nel sistema operativo

La memoria virtuale consiste nell'archiviazione su disco che viene utilizzata come RAM aggiuntiva. La quantità di spazio su disco rigido che può essere definita come memoria virtuale nel sistema operativo per processi e applicazioni è determinata dalle impostazioni predefinite.

Tuttavia, se si dispone di più dischi rigidi o applicazioni che si basano su tempi di risposta rapidi, è possibile eseguire manualmente la gestione della memoria virtuale nel sistema operativo reimpostando la quantità di allocazione di spazio su disco.

Per coloro che si chiedono come aumentare la memoria virtuale nel ripristino manuale, è necessario specificare la quantità massima e minima di spazio su disco. Deve essere un intervallo ottimale per garantire che la memoria virtuale sia sufficiente per le esigenze del sistema.

Controlla la dimensione della RAM sul tuo sistema per sapere qual è l'intervallo ottimale della RAM virtuale. La dimensione della memoria virtuale dipende dagli orari in cui il valore effettivo della RAM è consigliato per il sistema operativo. Ad esempio, è compresa tra 1,5 e 3 volte la dimensione effettiva della RAM nel sistema operativo Windows. Tuttavia, se la gestione della memoria virtuale nel sistema operativo non soddisfa i tuoi requisiti, dovresti considerare l'aggiunta di RAM.

Per capire come aumentare al meglio la memoria virtuale, prendiamo un esempio del sistema operativo Windows.

Per definire la memoria virtuale nel sistema operativo, i passaggi sono:

  • Passa a Start> Impostazioni.
  • Nella barra di ricerca, digita prestazioni
  • Scegli Regola l'aspetto e le prestazioni di Windows. Apparirà una finestra.
  • Seleziona la scheda Avanzate
  • Nella sezione Memoria virtuale, seleziona Modifica.
  • Nella finestra, deseleziona la casella Gestisci automaticamente le dimensioni del file di paging per tutte le unità.
  • Fare clic su Dimensione personalizzata.
  • Immettere i valori nelle caselle Dimensione iniziale e Dimensione massima.
  • Fare clic su OK per salvare la nuova definizione dell'intervallo di memoria virtuale.

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Memoria virtuale vs memoria fisica nel sistema operativo

Il significato della memoria virtuale non può essere completo senza confrontarlo con la memoria fisica. Quando la memoria fisica (RAM) viene riempita, la memoria virtuale che fa parte della memoria secondaria viene utilizzata da un sistema operativo. Alcune delle principali differenze tra i due tipi di memoria sono:

Parametro Memoria virtuale Memoria fisica
Definizione Un segmento di memoria secondaria funge da memoria virtuale Memoria principale: RAM primaria e HDD/SSD secondario
Scopo Memorizzazione di dati che possono essere utilizzati dalla RAM ogni volta che è attivamente necessario Memoria primaria per i programmi attivi e secondaria per l'archiviazione
Velocità Lento Veloce
Costo Minore Più alto
Misurare Dipende dalle dimensioni del disco rigido/SSD Dipende dai chip RAM; chip aggiuntivi possono essere acquistati e installati
Tecnica utilizzata Cercapersone e segmentazione Scambio
Accesso alla CPU Non diretto, tramite RAM Diretto

Vantaggi della memoria virtuale nel sistema operativo

Ci sono diversi vantaggi della memoria virtuale in un computer. Le tecniche utilizzate nella gestione della memoria virtuale si applicano anche a una macchina virtuale che necessita di più risorse di quante ne possiede per prestazioni migliori. Alcuni dei principali vantaggi della RAM virtuale sono discussi qui:

Allocazione di memoria aggiuntiva a basso costo
Elevata sicurezza grazie all'isolamento e alla crittografia dei dati
Migliore utilizzo della CPU eseguendo più processi contemporaneamente
La multiprogrammazione diventa più facile
Può eseguire programmi di grandi dimensioni e caricare più applicazioni contemporaneamente

Svantaggi della memoria virtuale nel sistema operativo

Ci sono anche alcuni aspetti negativi nell'usare la RAM virtuale. Per capire qual è l'efficacia della RAM virtuale, devi conoscerle.

Richiede hardware aggiuntivo per la traduzione degli indirizzi
Minore stabilità del sistema
Riduce lo spazio di archiviazione disponibile sul disco rigido
La dimensione è limitata dalla quantità di memoria secondaria disponibile
Degrado delle prestazioni poiché il passaggio tra le applicazioni è più lento

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Conclusione

Ora che sai qual è la memoria virtuale nel sistema operativo, puoi decidere l'approccio migliore al multitasking. Decidere se si desidera acquistare RAM aggiuntiva o impostare manualmente l'intervallo di memoria virtuale è possibile dopo aver valutato i pro ei contro del proprio sistema.

Domande frequenti

  1. Cos'è la memoria virtuale e come funziona?

    La memoria virtuale è lo spazio nella memoria secondaria allocata come RAM. Il sistema operativo alloca memoria virtuale quando la RAM effettiva viene riempita per leggere e scrivere dati per processi e programmi.

  2. Perché è necessaria la memoria virtuale?

    La memoria virtuale è necessaria per aumentare lo spazio disponibile nella memoria principale quando la RAM viene riempita e non si desidera acquistare RAM aggiuntiva a un costo aggiuntivo. Ciò consente agli utenti di eseguire facilmente programmi di grandi dimensioni ed eseguire il multitasking.

  3. La memoria virtuale è più veloce della RAM?

    No, la memoria virtuale è più lenta della RAM in quanto fa parte della memoria secondaria, dove le operazioni di lettura/scrittura richiedono tempo.

  4. Cos'è la memoria virtuale del PC?

    La memoria virtuale del PC è lo spazio allocato sull'unità a stato solido (SSD) o sul disco rigido che funge da RAM aggiuntiva per l'esecuzione attiva di app e programmi.

  5. Cosa succede nella memoria virtuale?

    Nella memoria virtuale, i dati che non sono immediatamente necessari dalla RAM vengono archiviati. Ogni volta che un processo ha bisogno dei dati, questi vengono ricopiati nella RAM.

  6. In che modo la memoria virtuale influisce sulle prestazioni?

    L'uso della memoria virtuale consente di eseguire facilmente programmi di grandi dimensioni. Tuttavia, diminuisce la velocità del PC rispetto alla RAM, influendo così sulle prestazioni.

  7. Che cos'è l'esempio di memoria virtuale?

    Un esempio di memoria virtuale potrebbe essere l'esecuzione di più applicazioni contemporaneamente. Ad esempio, eseguire un software per fogli di calcolo insieme a un software di elaborazione delle immagini durante l'aggiornamento delle e-mail.

  8. In che modo la memoria virtuale migliora la sicurezza?

    I dati nella memoria virtuale sono crittografati e isolati dal resto. Ciò impedisce alle app e alle persone di accedere accidentalmente a informazioni sensibili.

  9. La RAM virtuale è efficace?

    Sì, la RAM virtuale fa spazio a programmi di grandi dimensioni e aiuta nella gestione efficiente delle attività.

  10. Come gestisco la memoria virtuale?

    Nel tuo dispositivo, vai su Start > Impostazioni > Pannello di controllo. Vai alla finestra di dialogo Proprietà del sistema dopo aver fatto doppio clic sull'icona Sistema. Seleziona la scheda Avanzate > Opzioni prestazioni. Fare clic su Modifica in Memoria virtuale. Il valore deve essere compreso tra 1,5 e 3 volte la quantità di RAM effettiva sul dispositivo.

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