硬件指南 » 教程 » 虚拟内存：它是什么以及它用于什么
La 虚拟内存 这是一种非常重要的记忆，但很少有人了解或理解。因此，在本文中，我们将告诉你所有你需要知道的知识，让你的记忆不再隐藏秘密。
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什么是虚拟内存？它有什么用？
La 虚拟内存 它不像 RAM 那样是一个有形的物理术语。它是一种技术，允许辅助内存也贡献部分空间，就像它是主内存的扩展一样，也就是说，作为 RAM 的一部分。操作系统使用了这项技术，它的管理由内核与进程调度程序协同执行，我们稍后会看到。
因此，我们可以说虚拟内存 使用硬件和软件 允许系统拥有比实际更多的内存空间。这是通过将进程从 RAM 转移到辅助存储来实现的，从而为其他优先级更高的进程释放 RAM 空间。
也就是说，操作系统将把介质的保留空间视为 SSD 或 HDD 存储 就像 RAM 一样。计算机内置的 RAM 并不总是足够同时运行多个程序。众所周知，每个软件程序都会告诉你它需要什么，但是当多个程序并行运行时会发生什么？这时虚拟内存就派上用场了，它可以交换进程，释放 RAM 空间，供优先级更高的程序处理。
这样，程序就会被误导，误以为主内存比实际安装的内存更大，从而提高多任务处理性能。然而，需要注意的是，虚拟内存的速度比 RAM 慢得多。如果操作系统需要在虚拟内存和 RAM 之间频繁切换进程，这也可能造成问题。 称为抖动的性能问题.
虚拟内存最初是在 RAM 极其昂贵且物理内存仅允许几兆字节的年代引入的。因此，需要一种机制来弥补主内存的不足，将部分硬盘模拟为 RAM 的扩展。
虚拟内存的工作原理
至 了解虚拟内存的工作原理要做到这一点，首先必须了解什么是进程。进程只不过是一个程序，由指令和数据组成，供 CPU 处理。要做到这一点，必须先将其从硬盘加载到 RAM 中，以便 CPU 能够更快地访问它。
一 内存管理单元 它会分配地址并自动转换。系统会处理物理地址（对应 RAM 中的实际地址）和逻辑地址（指向 RAM 之外的其他内存）。
因此，如果 RAM 内存 充满流程 如果比当前加载的进程更紧急的进程需要空间，则其中一个不太紧急的进程将被移至辅助内存，而优先级较高的进程将被移至 RAM 以供 CPU 执行。执行完成后，如果没有其他更紧急的进程，则该进程可以从辅助内存中恢复并加载到主内存中。
虚拟内存将由操作系统管理，它将在 页面文件或交换文件这样，您就知道每个进程在哪里，并且在需要时，您可以将页面上传到主内存，将虚拟地址转换为真实地址。
带有 Radiance 核心、神经阵列和通用压缩的 RDNA 5 是什么？需要注意的是，虚拟内存可以通过操作系统进行管理。通常，可以选择将更多或更少的内存分配给辅助存储单元。例如，在 Unix 和类 Unix 系统中，例如 Linux、Solaris、BSD 等，所谓的 交换空间或分区（SWAP）例如，在 Linux 中也可以使用交换文件。在 Windows 中，则使用 pagefile.sys 文件，该文件用于创建虚拟内存。通常，操作系统会根据操作系统本身的需求以及已安装的 RAM 大小，推荐使用特定大小的虚拟内存。
请注意，在此虚拟内存中，RAM 的内容在某些情况下也会被保存，即 纪念火山例如，当计算机进入休眠状态时。这样，计算机可以停止向 RAM 供电，数据不会丢失，因为数据存储在非易失性存储器中，并且计算机重启时可以恢复活动。
小德历史
众所周知，早期的计算机只使用穿孔卡，后来才转向磁带和类似的设备，这些设备可以被视为辅助存储器。然而，为了提高性能， 实现了 RAM 内存。 CPU 和辅助存储器之间的中间存储器，其访问速度比从辅助驱动器读取数据的速度更快。
最初的主存储器基于磁芯，而次级存储器则基于磁鼓。随着微电子技术的进步以及程序规模和复杂性的增加，存储器得到了改进。
回想一下，在早期阶段，程序使用了一种称为重叠的过程，这意味着当某个软件变得大于可用内存时，它就会覆盖其他程序。
在1956， 德国物理学家 Firtz-Rudolf Güntsch，将创建虚拟内存的概念，尽管该概念与缓存内存更相似，而不是我们目前所知的虚拟内存。
虚拟内存本身在 曼彻斯特大学英国。在那里，人们尝试为 Atlas 计算机开发一种改进的存储系统。该系统使用分页技术，将虚拟地址分配给始终驻留在主内存中的程序员。然而，尽管该系统于 1959 年开发完成，但直到 1962 年才投入使用。
他们将会领先于 宝来公司，这将推出第一台具有虚拟内存的商用计算机，并使用分段而不是分页。这是在1961年。
当时，有人质疑虚拟内存是否优于覆盖内存。但IBM对此进行了研究，并于1969年得出结论，认为虚拟内存系统更胜一筹，这促使70世纪XNUMX年代的大型机和小型机纷纷转向虚拟内存。然而，IBM PV的出现要晚一些，因为PC的要求不如其他高性能机器那么高。
当时采用这种虚拟内存的流行机器还有 IBM S/370、DEC VAX、
Interl 于 80286 年为其 1982 引入了保护模式虚拟内存 并在 80386 年实现了对 1985 的分页支持。其他制造商，例如 AMD 等，也纷纷推出了英特尔芯片的 CPU 克隆版。从那时起，无论是在 PC 领域内部还是外部，每个人都开始实现它……
整数与浮点数：它们是什么以及它们的用途虚拟内存：优点和局限性
与几乎所有概念和技术一样，虚拟内存也有其优点和缺点。
优点
其中 主要优点 从虚拟内存中我们可以得到：
增加可分配给程序的内存地址数量。
允许您同时运行更多应用程序。
它可以防止用户不断扩展他们的 RAM。
通过允许优先级较高的进程在 RAM 中拥有空间来提高性能。
由于内存隔离而提高了安全性。
它允许程序员拥有更多的内存用于他们的开发。
进程由操作系统调度程序自动移动，无需用户干预，这意味着更高的生产力和简单性。
缺点
另一方面，我们还发现 一些缺点 从这个虚拟内存中：
分配给辅助存储驱动器的虚拟内存将受该驱动器访问速度的限制。在 HDD 上速度较慢；在 SSD 上速度有所改善，但仍然比 RAM 慢。
它需要操作系统的软件支持来管理它，也需要硬件支持来执行地址转换。
虚拟内存的容量也会受到限制，因为辅助内存的容量也会受到限制。
如果没有足够的 RAM，滥用虚拟内存会导致系统运行速度变慢。
减少可分配给其他用途的硬盘空间量。
虚拟内存的类型：分页内存和分段内存
另一方面，重要的是要知道 虚拟内存的类型 现有的。首先，我们之前提到的内存管理单元（MMU）通常集成在现代处理器的CPU中。这将是地址转换和管理整个内存空间的重要组件。
此外，正如你所知，CPU 还包含几个级别的 缓存，它是集成在 CPU 中的内存，速度甚至比 RAM 还要快。将来可能需要再次访问的数据和指令存储在那里，以便 CPU 能够更快地访问它们。
我的意思是，当 CPU 获取一条数据或指令时，它会首先在 L1 缓存中查找，如果 TLB 如果命中，则表明该数据位于此内存中，并且只需几个时钟周期即可快速访问。但是，如果发生缓存未命中，搜索将移至下一个更高级别，例如 L2。同样，如果命中，则会访问该数据，这比 L1 的情况要多花费几个时钟周期。如果未命中，则发生未命中，搜索将移至下一级，可能是 L3……当到达最后一个缓存级别或 LLC 并发生未命中时，CPU 将在 RAM 中搜索，如果也未命中，则会在辅助内存中搜索……确切地说，当 RAM 中的硬件发生故障时，操作系统内核将收到通知，并将进程上传到 RAM，我将在最后一节中解释这一点。
转接卡：它是什么，它有什么用途，以及什么可以连接到这种鲜为人知的卡上。系统内存通常可以分页或分段。这就是我们可以区分的地方。 两种类型的虚拟内存:
分页：将内存划分为称为“页”的部分。为了确定信息的位置，需要分配一个页表，这是一种分页内存的映射。这使我们能够转换操作系统使用的虚拟地址和硬件使用的物理地址。这样，我们就知道需要访问（读取或写入）的页面是在 RAM 中还是虚拟内存中。
分段虚拟内存并非使用页面来划分，而是被划分成段。这种方法的不同之处在于，我们可以拥有可变长度的段，而页面的大小是固定的。除此之外，进程的执行方式与分页类似。也就是说，分段和分页之间的区别仅仅在于内存模型，即内存空间的划分方式。
通过我上面附上的图片可以更好地理解这一切。
交换
最后，我不能忘记虚拟内存中一个非常重要的过程，它被称为 交换 操作系统执行的操作，即我们之前提到的 RAM 和辅助内存之间的进程交换。
如上图所示，RAM（橙色表示）始终加载操作系统内核，因为它在正常运行期间必须始终存在。此外，还预留了一部分空间用于用户空间进程（即程序）。另一方面，灰色表示辅助存储单元或硬盘，进程也驻留在该虚拟内存中。
那么，考虑到这一点，这个称为交换的过程已经 两个动作:
换入：将高优先级进程移至 RAM，以便 CPU 更快地访问。众所周知，正在运行的进程的优先级由操作系统的调度程序分配。因此，通过检查这些优先级，您可以确定哪些进程应该被抢占，哪些进程可以暂停。
换出：这是与上一个过程相反的过程，即通过将较低优先级的进程下载到虚拟内存来释放部分 RAM 内存，为较高优先级的进程腾出空间。
这些替换过程将使用操作系统在其内核中实现的算法来执行。其中一些算法可能包括 LRU、FIFO、LIFO 等，尽管也可以使用其他几种算法。所使用的算法可能因操作系统而异，具体使用哪种算法取决于具体情况。此外，正如您所知，有一些系统管理工具允许您更改正在运行的进程的优先级，例如 Linux 中的 nice 等。当然，这些分配的优先级也会被考虑在内。
在某些情况下，值得一提的是，一些进程可能不再“活跃”，但却占用了内存资源，无法释放给其他进程使用。例如，在 Linux 中，这种情况被称为僵尸进程。
我希望你现在对虚拟内存有了更好的理解……如果你有任何问题，请不要忘记评论……