操作系统 (OS) 中的虚拟内存是什么？

虚拟内存是一种存储方案，它让用户感觉拥有一个非常大的主内存。这是通过将部分辅助内存视为主内存来实现的。

在这个方案中，用户可以通过拥有可用内存来加载比可用主内存更大的进程，从而产生内存可用的错觉。

操作系统不是将一个大进程加载到主内存中，而是将多个进程的不同部分加载到主内存中。

通过这样做，多道程序的程度将增加，因此，CPU 利用率也将增加。

虚拟内存如何工作？

在现代，虚拟内存已经变得相当普遍。在这个方案中，当一些页面需要加载到主内存中执行，而主内存没有足够的空间容纳这些页面时，操作系统不会阻止这些页面进入主内存，而是寻找最近很少使用或未被引用的 RAM 区域，并将其复制到辅助内存中，为主内存中的新页面腾出空间。

由于所有这些过程都是自动发生的，因此它让计算机感觉拥有无限的 RAM。

请求分页

按需分页是虚拟内存管理的一种流行方法。在按需分页中，进程中很少使用的页面会存储在辅助内存中。

当需要某个页面或发生页面错误时，该页面才会被复制到主内存中。有各种页面替换算法用于确定要替换的页面。我们将在后面详细讨论每一种算法。

虚拟内存管理系统快照

假设有两个进程 P1 和 P2，每个进程包含 4 个页面。每个页面大小为 1 KB。主内存包含 8 个 1 KB 的帧。操作系统驻留在前两个分区中。在第三个分区中，存储了 P1 的第一个页面，其他帧也显示为已填充主内存中进程的不同页面。

这两个页表的每个大小都是 1 KB，因此它们可以分别放入一个帧中。这两个进程的页表包含各种信息，这些信息也显示在图像中。

CPU 包含一个寄存器，其中包含页表的基地址，对于 P1 为 5，对于 P2 为 7。当访问实际对应的条目时，此页表基地址将添加到逻辑地址的页码中。

虚拟内存的优点

1. 多道程序的程度将增加。
2. 用户可以使用较少的真实 RAM 运行大型应用程序。
3. 无需购买更多内存 RAM。

虚拟内存的缺点

1. 由于交换需要时间，系统会变慢。
2. 在应用程序之间切换需要更多时间。
3. 用户可用于自身使用的硬盘空间将减少。