Istnieje pewne zamieszanie w odniesieniu do terminu „pamięć wirtualna” i faktycznie odnosi się do dwóch bardzo różnych koncepcji
- Używanie stron dyskowych do rozszerzania koncepcyjnej ilości pamięci fizycznej komputera - poprawnym terminem jest w rzeczywistości stronicowanie
- Abstrakcja używana przez różne systemy operacyjne / procesory w celu stworzenia iluzji każdego procesu działającego w oddzielnej, ciągłej przestrzeni adresowej.
Przestrzeń wymiany, OTOH, to nazwa części dysku używanej do przechowywania dodatkowych stron pamięci RAM, gdy nie jest używana.
Ważną rzeczą do zrobienia jest to, że to pierwsze jest możliwe w sposób przejrzysty dzięki obsłudze sprzętu i systemu operacyjnego drugiego.
Aby to wszystko lepiej zrozumieć, należy rozważyć, w jaki sposób „pamięć wirtualna” (jak w definicji 2) jest obsługiwana przez procesor i system operacyjny.
Załóżmy, że masz wskaźnik 32-bitowy (punkty 64-bitowe są podobne, ale używają nieco innych mechanizmów). Po włączeniu „pamięci wirtualnej” procesor traktuje ten wskaźnik jako trzy części.
- Najwyższe 10 bitów to pozycja katalogu stron
- Następujące 10 bitów to wpis w tablicy stron
- Ostatnie 12 bitów tworzy przesunięcie strony
Teraz, gdy procesor próbuje uzyskać dostęp do zawartości wskaźnika, najpierw sprawdza tabelę Page Directory - tabelę składającą się z 1024 wpisów (w architekturze X86 na lokalizację wskazuje rejestr CR3). 10-bitowy wpis katalogu stron jest indeksem w tej tabeli, który wskazuje na fizyczne położenie tabeli stron . To z kolei jest kolejną tablicą zawierającą 1024 wpisy, z których każdy jest wskaźnikiem w pamięci fizycznej i kilkoma ważnymi bitami sterującymi. (Wrócimy do tego później). Po znalezieniu strony ostatnie 12 bitów jest używanych do znalezienia adresu na tej stronie.
Jest o wiele więcej szczegółów (TLB, Large Pages, PAE, Selectors, Page Protection), ale krótkie wyjaśnienie powyżej oddaje istotę rzeczy.
Korzystając z tego mechanizmu tłumaczenia, system operacyjny może używać innego zestawu stron fizycznych dla każdego procesu, dając w ten sposób każdemu procesowi iluzję posiadania całej pamięci dla siebie (ponieważ każdy proces otrzymuje własny katalog stron)
Oprócz pamięci wirtualnej system operacyjny może również dodać koncepcję stronicowania . Jeden z omówionych wcześniej bitów kontrolnych pozwala określić, czy wpis jest „obecny”. Jeśli go nie ma, próba uzyskania dostępu do tego wpisu spowodowałaby wyjątek Błąd strony . System operacyjny może wychwycić ten wyjątek i odpowiednio działać. Systemy operacyjne obsługujące wymianę / stronicowanie mogą więc zdecydować o załadowaniu strony z obszaru wymiany , naprawieniu tabel tłumaczeń, a następnie ponownym uruchomieniu dostępu do pamięci.
W tym miejscu oba terminy łączą się, system operacyjny obsługujący pamięć wirtualną i stronicowanie może dać procesom iluzję posiadania większej ilości pamięci niż jest to faktycznie obecne, poprzez stronicowanie (zamianę) stron w obszarze wymiany i poza nim.
Co do ostatniego pytania (dlaczego mówi się, że 32-bitowy procesor jest ograniczony do 4 GB pamięci wirtualnej). Odnosi się to do „pamięci wirtualnej” z definicji 2 i jest bezpośrednim skutkiem rozmiaru wskaźnika. Jeśli procesor może używać tylko wskaźników 32-bitowych, masz tylko 32 bity do wyrażenia różnych adresów, co daje 2 ^ 32 = 4 GB pamięci adresowalnej.
Mam nadzieję, że to sprawia, że wszystko jest trochę jaśniejsze.