Объем оперативной памяти компьютера ограничен. Возникают ситуации, когда процесс запрашивает больше памяти, чем есть физически. Для выхода из такой ситуации придуман механизм виртуальной памяти

Виртуальная память (ВП) - это абстракция, которая позволяет использовать программам больше памяти, чем есть физически в системе, благодаря использованию специального дискового пространства (например, SWAP раздел жесткого диска)

В статье рассмотрен самый распространенный механизм виртуальной памяти - страничная виртуальная память

Задачи виртуальной памяти

1) Отображение виртуальных адресов в физические для расширения адресного пространства

2) Разграничение памяти между процессами (процесс не может "затереть" адреса другого процесса)

3) Минимизация фрагментации - ситуации, когда блок памяти свободен. но его размера не хватает для выделения на процесс, эта память будет неиспользованной

Страничная виртуальная память (СВП)

СВП - организация памяти в виде блоков одинакового размера. Физическая и виртуальная память делится на блоки одинакового размера (страницы). В оперативной памяти хранится специальная структура - таблица виртуальных страниц (содержит номера всех доступных и используемых страниц)

Виртуальный адрес состоит из 2 частей

1) Номер виртуальной страницы - индекс в таблице страниц

2) Смещение внутри страницы

В реальных системах используется многоуровневая таблица страниц для уменьшения размера таблицы в памяти

Рассмотрим алгоритм работы механизма виртуальной памяти

1 Процессор (CPU) обращается к виртуальному адресу

2 MMU (Memery Management Unit) - отвечает за преобразовани виртуального адреса в физический, первым делом пытается найти физическийадрес в специальном кеше (TLB), если находит, то возвращает физический адрес, иначе обращается к оперативной памяти (на схеме "Память") и возвращает результат в случае успеза

3 Если в оперативной памяти нет физического адреса, который ссответствует виртуальному, то происходит исключение PAGE FAULT

4 Обработчик исключения PAGE FAULT проверяет валидность адреса и определяет физический адрес для виртуального, актуализирует таблицу страниц