virtueel geheugen is een deel van de secundaire geheugenruimte van een computersysteem (zoals een harde schijf of solid state drive) dat fungeert als een deel van het RAM-geheugen van het systeem of het primaire geheugen.

idealiter worden de gegevens die nodig zijn om toepassingen uit te voeren opgeslagen in RAM, waar ze snel toegankelijk zijn voor de CPU. Maar wanneer grote toepassingen worden uitgevoerd, of wanneer veel toepassingen tegelijk worden uitgevoerd, kan het RAM-geheugen van het systeem vol worden.

om dit probleem te omzeilen, kunnen sommige gegevens die in RAM zijn opgeslagen en die niet actief worden gebruikt tijdelijk worden verplaatst naar virtueel geheugen (dat zich fysiek op een harde schijf of een ander opslagapparaat bevindt). Dit maakt ruimte vrij in RAM, die vervolgens kan worden gebruikt om gegevens die het systeem nodig heeft om direct toegang te krijgen.

door gegevens te wisselen tussen RAM en virtueel geheugen wanneer het niet nodig is en terug van virtueel geheugen naar RAM wanneer het nodig is, kan een systeem soepel blijven werken met veel minder fysiek RAM dan het anders nodig zou hebben.

virtueel geheugen stelt een systeem in staat om grotere toepassingen of meer toepassingen tegelijkertijd te draaien zonder dat het RAM-geheugen opraakt. In het bijzonder kan het systeem werken alsof de totale RAM-resources gelijk zijn aan de hoeveelheid fysiek RAM, plus de hoeveelheid virtueel RAM.

Waarom is virtueel geheugen nodig?

virtueel geheugen werd ontwikkeld toen fysiek RAM erg duur was, en RAM is nog steeds duurder per Gigabyte dan opslagmedia zoals harde schijven en solid state drives. Om die reden is het veel goedkoper om een combinatie van fysiek RAM en virtueel geheugen te gebruiken dan om een computersysteem uit te rusten met meer RAM.

aangezien het gebruik van virtueel geheugen (of het vergroten van virtueel geheugen) geen extra financiële kosten met zich meebrengt (omdat het bestaande opslagruimte gebruikt) biedt het een manier voor een computer om meer geheugen te gebruiken dan fysiek beschikbaar is op het systeem.

een andere belangrijke driver voor het gebruik van virtueel geheugen is dat alle computersystemen een limiet hebben (bepaald door hardware en software) op de hoeveelheid fysieke RAM die geïnstalleerd kan worden. Met virtueel geheugen kan het systeem verder werken dan die fysieke RAM-limieten.

virtueel geheugen Versus fysiek geheugen

aangezien RAM duurder is dan virtueel geheugen, lijkt het erop dat computers met zo weinig mogelijk RAM en zo veel mogelijk virtueel geheugen moeten worden uitgerust.

maar in feite zijn de kenmerken van virtueel geheugen verschillend van die van fysiek geheugen. Het belangrijkste verschil tussen virtueel geheugen en fysiek geheugen is dat RAM is veel sneller dan virtueel geheugen.

dus een systeem met 2 GB fysiek RAM en 2 GB virtueel geheugen zal niet dezelfde prestaties bieden als een vergelijkbaar systeem met 4 GB fysiek RAM. Om te begrijpen waarom, is het noodzakelijk om te begrijpen hoe virtueel geheugen werkt.

Hoe Werkt Virtueel Geheugen?

wanneer een toepassing (inclusief het besturingssysteem) draait, slaat het de locatie van programma threads en andere gegevens op een virtueel adres op, terwijl de gegevens daadwerkelijk op een fysiek adres in het RAM-geheugen worden opgeslagen. Als later dat RAM-ruimte meer dringend nodig is door een ander proces, dan kunnen de gegevens worden verwisseld uit RAM en in virtueel geheugen.

de verantwoordelijkheid voor het bijhouden van al deze gegevens bij het wisselen tussen fysiek en virtueel geheugen ligt bij de geheugenbeheerder van de computer. De memory manager onderhoudt een tabel die virtuele adressen gebruikt door het besturingssysteem en toepassingen toewijst aan de fysieke adressen waarin de gegevens daadwerkelijk zijn opgeslagen. Wanneer gegevens worden uitgewisseld tussen RAM en virtueel geheugen, wordt de tabel bijgewerkt zodat een gegeven virtueel adres altijd wijst naar de juiste fysieke locatie.

een computer kan alleen threads uitvoeren en gegevens manipuleren die in RAM zijn opgeslagen in plaats van virtueel geheugen. En het kost een niet-verwaarloosbare hoeveelheid tijd om gegevens die nodig is om te zetten in RAM. Bijgevolg volgt dat het gebruik van virtueel geheugen een prestatie hit.

anders gezegd, een systeem met 4 GB RAM zal over het algemeen hogere prestaties bieden dan een systeem met 2 GB RAM en 2 GB virtueel geheugen vanwege de prestatie hit veroorzaakt door swapping, en om die reden wordt gezegd dat virtueel geheugen langzamer is dan RAM.

een mogelijk probleem met virtueel geheugen is dat als de aanwezige hoeveelheid RAM te klein is in vergelijking met de hoeveelheid virtueel geheugen, een systeem uiteindelijk een groot deel van zijn CPU-bronnen kan besteden aan het uitwisselen van gegevens heen en weer. Ondertussen, de uitvoering van nuttig werk maalt tot een bijna halt – een proces dat bekend staat als slaan.

om thrashing te voorkomen is het meestal nodig om het aantal applicaties dat gelijktijdig wordt uitgevoerd te verminderen, of gewoon om de hoeveelheid RAM in het systeem te verhogen.

besturingssystemen, zoals de meeste versies van Windows, bevelen over het algemeen aan dat gebruikers het virtuele geheugen niet verhogen tot meer dan 1,5 keer de hoeveelheid fysiek RAM-geheugen aanwezig. Dus een systeem met 4 GB RAM moet een virtueel geheugen van niet meer dan 6 GB.

om de prestatie te minimaliseren die wordt veroorzaakt door het wisselen tussen fysiek en virtueel geheugen, kunt u het beste het snelste opslagapparaat gebruiken dat op het systeem is aangesloten om het virtuele geheugen te hosten en om het opslaggebied van het virtuele geheugen op zijn eigen partitie te lokaliseren.

virtueel geheugen kan samenwerken met het hoofdgeheugen van een computer om snellere en vloeiendere bewerkingen mogelijk te maken.

hoe virtueel geheugen in een systeem te vergroten

de meeste besturingssystemen staan gebruikers toe om virtueel geheugen te vergroten vanaf een configuratiepagina.

• in Windows kunnen gebruikers het systeem ook toestaan om de hoeveelheid dynamisch geleverd virtueel geheugen te beheren.

• op dezelfde manier kunnen gebruikers in het Mac OS het paneel Voorkeuren gebruiken om virtueel geheugen toe te wijzen.

typen virtueel geheugen: Semafoon en segmentatie

virtueel geheugen kan op een aantal verschillende manieren worden beheerd door het besturingssysteem van een systeem, en de twee meest voorkomende benaderingen zijn semafoon en segmentatie.

Paging met virtueel geheugen

in een systeem dat paging gebruikt, is RAM verdeeld in een aantal blokken – meestal 4K in grootte – pagina ‘ s genoemd. Processen worden dan net genoeg pagina ‘ s toegewezen om aan hun geheugenvereisten te voldoen. Dat betekent dat er altijd een kleine hoeveelheid geheugen verspild, behalve in het ongewone geval waar een proces vereist precies een heel aantal pagina ‘ s.

tijdens normale bewerkingen worden pagina ‘ s (d.w.z. geheugenblokken van 4K groot) omgewisseld tussen RAM en een paginabestand, dat het virtuele geheugen vertegenwoordigt.

virtueel Geheugensegmentatie

segmentatie is een alternatieve benadering van geheugenbeheer, waarbij in plaats van pagina ‘ s met een vaste grootte processen segmenten van verschillende lengte worden toegewezen om precies aan hun behoeften te voldoen. Dat betekent dat in tegenstelling tot in een paged systeem, geen geheugen wordt verspild in een segment.

segmentatie maakt het ook mogelijk applicaties op te splitsen in logisch onafhankelijke adresruimtes, waardoor ze gemakkelijker te delen en veiliger kunnen worden.

maar een probleem met segmentatie is dat omdat elk segment een andere lengte heeft, het kan leiden tot geheugenfragmentatie.”Dit betekent dat als segmenten worden toegewezen en de-toegewezen, kleine stukjes geheugen kunnen worden verspreid rond die te klein zijn om nuttig te zijn.

naarmate deze kleine brokken zich opbouwen, kunnen steeds minder segmenten van nuttige grootte worden toegewezen. En als het besturingssysteem begint met het gebruik van deze kleine segmenten dan zijn er een groot aantal om bij te houden, en elk proces zal veel verschillende segmenten moeten gebruiken, wat inefficiënt is en de prestaties kan verminderen.

voor-en nadelen van virtueel geheugen

hoewel RAM nu relatief goedkoop is in vergelijking met de kosten toen virtueel geheugen voor het eerst werd ontwikkeld, is het nog steeds zeer nuttig en wordt het nog steeds gebruikt in vele, misschien wel de meeste, computersystemen. Het belangrijkste probleem met virtueel geheugen heeft betrekking op prestaties.

voordelen van virtueel geheugen

• maakt het mogelijk meer toepassingen tegelijkertijd te draaien.

• Hiermee kunnen grotere toepassingen draaien in systemen die niet genoeg fysieke RAM alleen hebben om ze uit te voeren.

• biedt een manier om het geheugen dat is minder kostbaar dan het kopen van meer RAM te verhogen.

• biedt een manier om het geheugen te vergroten in een systeem dat de maximale hoeveelheid RAM heeft die de hardware en het besturingssysteem kunnen ondersteunen.

nadelen van virtueel geheugen

• bieden niet dezelfde prestaties als RAM.

• kan de algehele prestaties van een systeem negatief beïnvloeden.

• neemt opslagruimte die anders zou kunnen worden gebruikt voor lange termijn gegevensopslag.