virtuaalimuisti on tietokonejärjestelmän toissijaisen muistitilan (kuten kiintolevyn tai puolijohdeaseman) alue, joka toimii ikään kuin se olisi osa järjestelmän RAM-muistia tai ensisijaista muistia.

Ihannetapauksessa sovellusten ajamiseen tarvittavat tiedot tallennetaan RAM-muistiin, jossa suoritin pääsee niihin nopeasti käsiksi. Mutta kun suuria sovelluksia ajetaan, tai kun monet sovellukset ovat käynnissä yhtä aikaa, järjestelmän RAM-muisti voi tulla täyteen.

tämän ongelman kiertämiseksi osa RAM-muistiin tallennetuista tiedoista, joita ei käytetä aktiivisesti, voidaan siirtää väliaikaisesti virtuaalimuistiin (joka sijaitsee fyysisesti kiintolevyllä tai muulla tallennuslaitteella). Tämä vapauttaa tilaa RAM-muistissa, jota voidaan sitten käyttää tallentamaan tietoja, joita järjestelmä tarvitsee päästäkseen käsiksi välittömästi.

vaihtamalla tietoja RAM-muistin ja virtuaalimuistin välillä silloin, kun sitä ei tarvita, ja palaamalla virtuaalimuistista RAM-muistiin silloin, kun sitä tarvitaan, järjestelmä voi edelleen toimia sujuvasti paljon vähemmällä fyysisellä RAM-muistilla kuin se muuten vaatisi.

virtuaalimuistin avulla järjestelmä voi ajaa suurempia sovelluksia tai useampia sovelluksia samanaikaisesti ilman, että RAM-muisti loppuu. Erityisesti, järjestelmä voi toimia ikään kuin sen KOKONAISMUISTIRESURSSIT olisivat yhtä suuri määrä fyysistä muistia, plus määrä virtuaalinen RAM.

miksi virtuaalimuistia tarvitaan?

virtuaalimuisti kehitettiin, kun fyysinen RAM-muisti oli hyvin kallista, ja RAM-muisti on edelleen kalliimpaa per gigatavu kuin tallennusmediat, kuten kiintolevyt ja SSD-asemat. Tästä syystä on paljon halvempaa käyttää fyysisen RAM-muistin ja virtuaalimuistin yhdistelmää kuin varustaa tietokonejärjestelmä suuremmalla RAM-muistilla.

koska virtuaalimuistin käyttö (tai virtuaalimuistin lisääminen) ei aiheuta ylimääräisiä taloudellisia kustannuksia (koska se käyttää olemassa olevaa tallennustilaa), tietokone voi käyttää enemmän muistia kuin mitä järjestelmässä on fyysisesti saatavilla.

toinen keskeinen tekijä virtuaalimuistin käytössä on se, että kaikissa tietokonejärjestelmissä on (laitteiston ja ohjelmiston sanelema) asennettavan fyysisen RAM-muistin määrä. Virtuaalimuistin avulla järjestelmä voi jatkaa toimintaansa yli fyysisen muistin rajojen.

virtuaalimuisti vs. fyysinen muisti

koska RAM – muisti on virtuaalimuistia kalliimpaa, näyttäisi siltä – kaiken ollessa yhtä-että tietokoneissa tulisi olla mahdollisimman vähän RAM-muistia ja niin paljon virtuaalimuistia kuin mahdollista.

, mutta todellisuudessa virtuaalimuistin ominaisuudet ovat erilaiset kuin fyysisen muistin. Keskeinen ero virtuaalimuistin ja fyysisen muistin välillä on se, että RAM-muisti on hyvin paljon virtuaalimuistia nopeampi.

joten järjestelmä, jossa on 2 gigatavua fyysistä muistia ja 2 gigatavua virtuaalimuistia, ei tarjoa samaa suorituskykyä kuin vastaava järjestelmä, jossa on 4 gigatavua fyysistä muistia. Jotta ymmärtää miksi, on tarpeen ymmärtää, miten virtuaalimuisti toimii.

Miten Virtuaalimuisti Toimii?

kun sovellus (mukaan lukien käyttöjärjestelmä) on käynnissä, se tallentaa ohjelmaketjujen ja muiden tietojen sijainnin virtuaaliosoitteeseen, kun taas tiedot itse asiassa tallennetaan fyysiseen osoitteeseen RAM-muistiin. Jos myöhemmin tuo RAM-tila tarvitaan kiireellisemmin toisella prosessilla, tiedot voidaan vaihtaa RAM-muistista virtuaalimuistiin.

vastuu kaiken tämän tiedon seuraamisesta, kun sitä vaihdetaan fyysisen ja virtuaalisen muistin välillä, kuuluu tietokoneen muistinhallinnalle. Muistinhallintaohjelma ylläpitää taulukkoa, joka kartoittaa käyttöjärjestelmän ja sovellusten käyttämät virtuaaliosoitteet fyysisiin osoitteisiin, joihin tiedot todellisuudessa tallennetaan. Kun dataa vaihdetaan RAM-muistin ja virtuaalimuistin välillä, taulukko päivitetään niin, että tietty virtuaaliosoite osoittaa aina oikean fyysisen sijainnin.

tietokone voi käyttää vain säikeitä ja manipuloida tietoja, jotka on tallennettu RAM-muistiin virtuaalimuistin sijaan. Ja se vie ei-vähäpätöinen määrä aikaa vaihtaa tietoja, joita tarvitaan RAM. Tästä seuraa, että virtuaalimuistin käyttöön liittyy suoritushitti.

toisin sanoen järjestelmä, jossa on 4 GB RAM-muistia, tarjoaa yleensä paremman suorituskyvyn kuin järjestelmä, jossa on 2 GB RAM-muistia ja 2 GB-virtuaalimuistia, koska vaihto aiheuttaa suorituskykyhitin, ja tästä syystä sanotaan, että virtuaalimuisti on hitaampi kuin RAM-muisti.

yksi mahdollinen ongelma virtuaalimuistissa on se, että jos RAM-muistin määrä on liian pieni verrattuna virtuaalimuistin määrään, järjestelmä voi päätyä kuluttamaan suuren osan PROSESSORIRESURSSEISTAAN vaihtamalla tietoja edestakaisin. Samaan aikaan hyödyllisen työn suorittaminen jauhaa lähes pysähdyksiin – prosessia kutsutaan selkäsaunaksi.

räiskymisen estämiseksi on yleensä tarpeen vähentää samanaikaisesti suoritettavien sovellusten määrää tai yksinkertaisesti lisätä RAM-muistin määrää järjestelmässä.

käyttöjärjestelmät, kuten useimmat Windows-versiot, suosittelevat yleensä, että käyttäjät eivät lisää virtuaalimuistia yli 1,5-kertaisesti fyysisen RAM-muistin määrään verrattuna. Joten järjestelmässä, jossa on 4 Gt RAM-muistia, pitäisi olla enintään 6 Gt: n virtuaalimuistia.

fyysisen ja virtuaalimuistin vaihtamisen aiheuttaman suorituskykyhitin minimoimiseksi on parasta käyttää nopeinta järjestelmään liitettyä tallennuslaitetta virtuaalimuistin isäntänä ja paikantaa virtuaalimuistin tallennusalue omalla osiollaan.

virtuaalimuisti voi toimia yhdessä tietokoneen päämuistin kanssa mahdollistaen nopeamman ja sujuvamman toiminnan.

kuinka virtuaalimuistia lisätään järjestelmässä

useimmissa käyttöjärjestelmissä käyttäjät voivat lisätä virtuaalimuistia konfiguraatiosivulta.

• Windowsissa käyttäjät voivat myös sallia järjestelmän hallita tarjottavan virtuaalimuistin määrää dynaamisesti.

• samoin, Mac OS, Käyttäjät voivat käyttää Asetukset paneeli jakaa virtuaalimuistin.

virtuaalimuistin tyypit: Hakulaitteita ja segmentointia

virtuaalimuistia voidaan hallita useilla eri tavoilla järjestelmän käyttöjärjestelmällä, ja kaksi yleisintä lähestymistapaa ovat hakulaitteet ja segmentointi.

virtuaalimuistin hakulaitteet

hakulaitteita käyttävässä järjestelmässä RAM-muisti jaetaan lohkoihin – yleensä 4K kokoisiksi-joita kutsutaan sivuiksi. Prosesseille varataan sen jälkeen juuri sen verran sivuja, että ne täyttävät muistivaatimukset. Tämä tarkoittaa, että aina on pieni määrä muistia hukkaan, paitsi epätavallinen tapaus, jossa prosessi vaatii täsmälleen koko määrä sivuja.

normaalin toiminnan aikana sivuja (eli 4K: n kokoisia muistilohkoja) vaihdetaan RAM-muistin ja virtuaalimuistia edustavan sivutiedoston välillä.

virtuaalimuistin segmentointi

segmentointi on vaihtoehtoinen lähestymistapa muistinhallintaan, jossa kiinteän kokoisten sivujen sijaan prosesseille kohdennetaan eripituisia segmenttejä, jotta ne vastaisivat tarkasti niiden vaatimuksia. Se tarkoittaa, että toisin kuin paged-järjestelmässä, mikään muisti ei mene hukkaan segmentissä.

segmentointi mahdollistaa myös sovellusten jakamisen loogisesti itsenäisiksi osoiteavaruuksiksi, mikä voi tehdä niiden jakamisesta helpompaa ja turvallisempaa.

mutta segmentoinnin ongelmana on se, että koska jokainen segmentti on eripituinen, se voi johtaa muistin ”pirstoutumiseen.”Tämä tarkoittaa sitä, että kun segmenttejä allokoidaan ja jaetaan pois, jäljelle voi jäädä pieniä muistikappaleita, jotka ovat liian pieniä ollakseen hyödyllisiä.

kun näitä pieniä lohkoja kertyy, voidaan jakaa yhä harvempia käyttökelpoisen kokoisia lohkoja. Ja jos käyttöjärjestelmä alkaa käyttää näitä pieniä segmenttejä, on valtava määrä seurata, ja jokainen prosessi täytyy käyttää monia eri segmenttejä, mikä on tehotonta ja voi vähentää suorituskykyä.

virtuaalimuistin edut ja haitat

vaikka RAM-muisti on nykyään suhteellisen edullinen verrattuna sen kustannuksiin silloin, kun virtuaalimuistia kehitettiin ensimmäisen kerran, se on edelleen erittäin hyödyllinen ja sitä käytetään edelleen monissa, ehkä useimmissa, tietokonejärjestelmissä. Virtuaalimuistin keskeinen ongelma liittyy suorituskykyyn.

virtuaalimuistin edut

• mahdollistavat useamman sovelluksen ajamisen samaan aikaan.

• mahdollistaa suurempien sovellusten ajamisen järjestelmissä, joissa ei ole pelkästään fyysistä RAM-muistia niiden ajamiseen.

• tarjoaa tapa lisätä muistia, joka on halvempaa kuin ostaa enemmän RAM.

• tarjoaa tavan lisätä muistia järjestelmässä, jossa on maksimimäärä RAM-muistia, että sen laitteisto ja käyttöjärjestelmä voivat tukea.

virtuaalimuistin haitat

• ei tarjoa samanlaista suorituskykyä kuin RAM.

• voi vaikuttaa negatiivisesti järjestelmän yleiseen suorituskykyyn.

• vie tallennustilaa, jota muuten voitaisiin käyttää tietojen pitkäaikaiseen tallentamiseen.