Der Begriff virtueller Speicher ist verwirrend und bezieht sich tatsächlich auf die folgenden zwei sehr unterschiedlichen Konzepte
- Verwenden von Festplattenseiten zum Erweitern der konzeptionellen Größe des physischen Speichers eines Computers - Der richtige Begriff hierfür lautet " Paging"
- Eine Abstraktion, die von verschiedenen Betriebssystemen / CPUs verwendet wird, um die Illusion jedes Prozesses zu erzeugen, der in einem separaten zusammenhängenden Adressraum ausgeführt wird.
Swap Space (OTOH) ist der Name des Teils der Festplatte, auf dem zusätzliche RAM-Seiten gespeichert werden, wenn sie nicht verwendet werden.
Eine wichtige Erkenntnis ist, dass Ersteres aufgrund der Hardware- und Betriebssystemunterstützung des Letzteren transparent möglich ist.
Um dies alles besser zu verstehen, sollten Sie überlegen, wie der "virtuelle Speicher" (wie in Definition 2) von der CPU und dem Betriebssystem unterstützt wird.
Angenommen, Sie haben einen 32-Bit-Zeiger (64-Bit-Punkte sind ähnlich, verwenden jedoch leicht unterschiedliche Mechanismen). Sobald "Virtueller Speicher" aktiviert wurde, betrachtet der Prozessor diesen Zeiger als dreiteilig.
- Die höchsten 10 Bits sind ein Seitenverzeichniseintrag
- Die folgenden 10 Bits sind ein Seitentabelleneintrag
- Die letzten 12 Bits bilden den Seitenversatz
Nun, wenn die CPU versucht , den Inhalt eines Zeiger zuzugreifen, konsultiert er zunächst die Seite Verzeichnistabelle - eine Tabelle , bestehend aus 1024 Einträge (in der X86 - Architektur der Ort , von denen durch das CR3 - Register gerichtet ist). Der 10-Bit-Seitenverzeichniseintrag ist ein Index in dieser Tabelle, der auf den physischen Speicherort der Seitentabelle verweist . Dies ist wiederum eine weitere Tabelle mit 1024 Einträgen, von denen jeder ein Zeiger im physischen Speicher und mehrere wichtige Steuerbits ist. (Wir werden später darauf zurückkommen). Sobald eine Seite gefunden wurde, werden die letzten 12 Bits verwendet, um eine Adresse innerhalb dieser Seite zu finden.
Es gibt viele weitere Details (TLBs, große Seiten, PAE, Selektoren, Seitenschutz), aber die kurze Erklärung oben fasst den Kern der Dinge zusammen.
Mit diesem Übersetzungsmechanismus kann ein Betriebssystem für jeden Prozess einen anderen Satz physischer Seiten verwenden, wodurch jedem Prozess die Illusion entsteht, den gesamten Speicher für sich zu haben (da jeder Prozess sein eigenes Seitenverzeichnis erhält).
Zusätzlich zu diesem virtuellen Speicher kann das Betriebssystem auch das Konzept des Paging hinzufügen . Mit einem der zuvor diskutierten Steuerbits kann angegeben werden, ob ein Eintrag "Vorhanden" ist. Wenn es nicht vorhanden ist, führt ein Versuch, auf diesen Eintrag zuzugreifen, zu einer Seitenfehlerausnahme . Das Betriebssystem kann diese Ausnahme erfassen und entsprechend handeln. Betriebssysteme, die Swapping / Paging unterstützen, können daher entscheiden, eine Seite aus dem Swap Space zu laden , die Übersetzungstabellen zu korrigieren und dann den Speicherzugriff erneut zu erteilen.
Hier kombinieren sich die beiden Begriffe. Ein Betriebssystem, das virtuellen Speicher und Paging unterstützt, kann Prozessen die Illusion vermitteln, mehr Speicher als tatsächlich vorhanden zu haben, indem Seiten in den Auslagerungsbereich und aus diesem heraus ausgelagert werden.
Zu Ihrer letzten Frage (Warum heißt es, dass die 32-Bit-CPU auf 4 GB virtuellen Speicher beschränkt ist). Dies bezieht sich auf den "virtuellen Speicher" von Definition 2 und ist ein unmittelbares Ergebnis der Zeigergröße. Wenn die CPU nur 32-Bit-Zeiger verwenden kann, haben Sie nur 32 Bit, um unterschiedliche Adressen auszudrücken. Dies ergibt 2 ^ 32 = 4 GB adressierbaren Speicher.
Hoffe das macht die Sache etwas klarer.