Идеализирана абстракция на ресурсите за съхранение, които действително са достъпни на даден компютър

1
Виртуална памет
I. Въведение
Виртуалната памет е техника за управление на паметта, която осигурява "идеализирана абстракция на ресурсите за съхранение, които действително са достъпни на даден компютър", което създава илюзията на потребителите за много голяма (безкрайна) физическа памет. Идеята е проста – при недостиг на физическа оперативна памет да се използва по-евтината дискова памет. Тази идея е предложена при разработването на компютър с кодово име Atlas в Университета на град Манчестър в края на 50-те години на миналия век.
Необходимостта от виртуална памет е в пряко следствие на използването на много- задачни и / или многопотребителски операционни системи. При тях вероятността за недостиг на физическа оперативна памет в даден момент от време е голяма.
Използването на виртуална памет позволява на тези операционни системи да се стартират множество процеси, като техния максимален брой зависи не от количеството на инсталираната оперативна памет, а от типа на операционната система и заделената от нея дискова памет, която ще се използва като виртуална. Не е достатъчно операционната система да може да работи с виртуална памет – необходимо е и микропроцесора да поддържа това.
Основният недостатък на използването на виртуална памет е забавеното изпълнение на чакащите за обработка процеси. Причината за това са бавните дискови операции (четене и запис) с цел достъпване на виртуалната памет. Следователно, добро решение е виртуалната памет да е разположена в дял на SSD диск. Виртуалната памет заема фиксирано място на някой от дяловете на диска, по подразбиране главния дял. Тази част от диска не е достъпна за несистемен достъп, следователно не подлежи на четене, запис, преместване и изтриване от приложни програми. Най-често това е системен файл, който има специфична организация, специфична за всяка операционна система.
Какво точно се записва във виртуалната памет? При недостиг на физическа оперативна памет операционната система трябва да изтрие информацията за даден процес, за да може да се зареди данни и програмен код, който се налага да се стартира (рестартира). В този случай във виртуалната памет се налага да се буферира само контекста на процеса.
Програмният код не е необходимо да се буферира, тъй като операционната система знае кой е изпълнимия файл, който го съдържа. Контекстът на един процес се формира от данните на процеса и съдържанието на всички програмно достъпни регистри на микропроцесора в момента когато процесът трябва да бъде прекъснат с цел преместване във виртуалната памет. Получаването на контекста, буферирането му във виртуалната памет, както и възстановяването му при рестартиране на процеса се реализира с участието на микропроцесора. Целта е намаляване на времето за превключване на контекста. За да е възможно това е необходимо микропроцесорът да има необходимите регистри, за да адресира специфични структури, използвани за превключване на контекста. Тези регистри и структури са различни при различните микропроцесори.

2
На Фиг. 1 е показано разпределението и възможностите за конфигуриране на виртуалната памет при операционна система Windows 7.
Фиг. 1. Конфигуриране на виртуалната памет при OC Windows 7
При конкретния пример е зададено автоматично конфигуриране на виртуалната памет. В този случай файлът, който изпълнява функцията на виртуална памет (paging file), се разполага в главния дял (диск C:). Размерът на този файл се задава като процент от инсталираната физическа оперативна памет. В този случай инсталираната физическата памет 8 GiB от които разпределени са N=8087 MiB (виж Фиг. 1). Препоръчителния размер на paging файла (при конкретната операционна система) e К1 x N, където K1=1.5 (12130
MiB), а максималния размер е K2 x N, където K2=3. При Windows 10 препоръчителният размерът на този файл зависи от достъпната физическа памет, но коефициентът K1 не е константа, например: K1 = 1.25 при N = 8 GiB; К1 = 2.5 при N = 16 GiB; К1 = 5 при N = 32 Gib.
От Фиг. 1 се вижда, че можете да зададете друго разпределение за виртуалната памет, различно от това по подразбиране. За целта изключете автоматичното разпределение и изберете дял в който да се разположи paging файла. В този случай може да зададете собствен размер на този файл. Съществува опция за забраняване на използване на paging файл (No paging file). Трябва да се има предвид, че повечето операционни системи използват виртуалната памет, дори това да е забраното и дори да имате достатъчно количество инсталирана физическа памет, например над 64 GiB.

3
На Фиг. 2 е показано моментното разпределение на физическата оперативна памет.
Инсталираната памет е 8 GiB (8192 MiB). От тях са достъпни 8087 MiB – 105 MiB са резервирани за системни нужди. От тях са кеширани 1837 MiB, a 6366 MiB са достъпни за използване. От тези 6366 MiB са свободни 4655 Mib, а се използват 1595 MiB.