Περιγράψτε Πώς λειτουργεί η εικονική μνήμη;

Η εικονική μνήμη είναι μια τεχνική διαχείρισης μνήμης που επιτρέπει σε έναν υπολογιστή να εκτελεί προγράμματα και να έχει πρόσβαση σε δεδομένα που είναι μεγαλύτερα από την ποσότητα φυσικής μνήμης που είναι διαθέσιμη στο σύστημα. Λειτουργεί δημιουργώντας έναν εικονικό χώρο διευθύνσεων για κάθε διεργασία, ο οποίος είναι ένα συνεχόμενο εύρος διευθύνσεων που μπορεί να χρησιμοποιήσει η διεργασία. Αυτός ο χώρος εικονικών διευθύνσεων αντιστοιχίζεται στη συνέχεια στη φυσική μνήμη του συστήματος, έτσι ώστε όταν μια διεργασία έχει πρόσβαση σε μια εικονική διεύθυνση, η μονάδα διαχείρισης μνήμης (MMU) της CPU μεταφράζει την εικονική διεύθυνση σε φυσική διεύθυνση.

Η εικονική μνήμη καθίσταται δυνατή με τη χρήση ενός μηχανισμού σελιδοποίησης. Οι σελίδες είναι μπλοκ μνήμης σταθερού μεγέθους, συνήθως 4 kilobyte (KB) ή μεγαλύτερα, και κάθε εικονική διεύθυνση χωρίζεται σε έναν αριθμό σελίδας και μια μετατόπιση εντός της σελίδας. Όταν μια διεργασία αποκτά πρόσβαση σε μια εικονική διεύθυνση, το MMU ελέγχει εάν η σελίδα που περιέχει αυτήν τη διεύθυνση βρίσκεται στη φυσική μνήμη. Εάν η σελίδα βρίσκεται στη μνήμη, το MMU μεταφράζει την εικονική διεύθυνση σε φυσική διεύθυνση και η πρόσβαση ολοκληρώνεται.

Εάν η σελίδα δεν είναι στη μνήμη, το MMU δημιουργεί μια εξαίρεση σφάλματος σελίδας. Στη συνέχεια, το λειτουργικό σύστημα (OS) χειρίζεται το σφάλμα σελίδας επιλέγοντας μια σελίδα από τη φυσική μνήμη που πρόκειται να εξαχθεί και αντικαθιστώντας την με την απαραίτητη σελίδα από το δίσκο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αντικατάσταση σελίδας. Το λειτουργικό σύστημα χρησιμοποιεί διάφορους αλγόριθμους για να προσδιορίσει ποιες σελίδες θα εξαφανιστούν και αυτοί οι αλγόριθμοι έχουν σχεδιαστεί για να ελαχιστοποιούν τον αριθμό των σφαλμάτων σελίδας και έτσι να βελτιώνουν την απόδοση του συστήματος.

Η εικονική μνήμη είναι ουσιαστικό μέρος των σύγχρονων λειτουργικών συστημάτων και επιτρέπει στους υπολογιστές να εκτελούν προγράμματα που είναι πολύ μεγαλύτερα από την ποσότητα της διαθέσιμης φυσικής μνήμης. Παρέχει επίσης απομόνωση μεταξύ των διεργασιών, έτσι ώστε κάθε διεργασία να έχει τον δικό της ιδιωτικό χώρο εικονικών διευθύνσεων και να μην μπορεί να έχει πρόσβαση στη μνήμη άλλων διεργασιών.