Чем ограничен объем виртуальной памяти кратко

Обновлено: 02.07.2024

Аннотация: Виртуальная память. Реализация виртуальной памяти в Windows. Структура виртуального адресного пространства. Выделение памяти процессам. Дескрипторы виртуальных адресов. Трансляция адресов. Ошибки страниц. Пределы памяти.

Виртуальная память

Всем процессам в операционной системе Windows предоставляется важнейший ресурс – виртуальная память ( virtual memory ). Все данные, с которыми процессы непосредственно работают, хранятся именно в виртуальной памяти.

Название "виртуальная" произошло из-за того что процессу неизвестно реальное (физическое) расположение памяти – она может находиться как в оперативной памяти ( ОЗУ ), так и на диске. Операционная система предоставляет процессу виртуальное адресное пространство (ВАП, virtual address space ) определенного размера и процесс может работать с ячейками памяти по любым виртуальным адресам этого пространства, не "задумываясь" о том, где реально хранятся данные.

Размер виртуальной памяти теоретически ограничивается разрядностью операционной системы. На практике в конкретной реализации операционной системы устанавливаются ограничения ниже теоретического предела. Например, для 32-разрядных систем ( x86 ), которые используют для адресации 32 разрядные регистры и переменные, теоретический максимум составляет 4 ГБ (2 32 байт = 4 294 967 296 байт = 4 ГБ). Однако для процессов доступна только половина этой памяти – 2 ГБ, другая половина отдается системным компонентам. В 64 разрядных системах (x64) теоретический предел равен 16 экзабайт (2 64 байт = 16 777 216 ТБ = 16 ЭБ). При этом процессам выделяется 8 ТБ, ещё столько же отдается системе, остальное адресное пространство в нынешних версиях Windows не используется.

Введение виртуальной памяти, во-первых, позволяет прикладным программистам не заниматься сложными вопросами реального размещения данных в памяти, во-вторых, дает возможность операционной системе запускать несколько процессов одновременно, поскольку вместо дорогого ограниченного ресурса – оперативной памяти, используется дешевая и большая по емкости внешняя память .

Реализация виртуальной памяти в Windows

Схема реализации виртуальной памяти в 32-разрядной операционной системе Windows представлена на рис.11.1. Как уже отмечалось, процессу предоставляется виртуальное адресное пространство размером 4 ГБ, из которых 2 ГБ, расположенных по младшим адресам (0000 0000 – 7FFF FFFF), процесс может использовать по своему усмотрению (пользовательское ВАП), а оставшиеся два гигабайта (8000 0000 – FFFF FFFF) выделяются под системные структуры данных и компоненты (системное ВАП) 1 Специальный ключ /3GB в файле boot.ini увеличивает пользовательское ВАП до 3 ГБ, соответственно, уменьшая системное ВАП до 1 ГБ. Начиная с Windows Vista вместо файла boot.ini используется утилита BCDEDIT. Чтобы увеличить пользовательское ВАП, нужно выполнить следующую команду: bcdedit /Set IncreaseUserVa 3072. При этом, чтобы приложение могло использовать увеличенное ВАП, оно должно компилироваться с ключом /LARGEADDRESSAWARE. . Отметим, что каждый процесс имеет свое собственное пользовательское ВАП, а системное ВАП для всех процессов одно и то же.

Виртуальная память делится на блоки одинакового размера – виртуальные страницы. В Windows страницы бывают большие ( x86 – 4 МБ, x64 – 2 МБ) и малые (4 КБ). Физическая память ( ОЗУ ) также делится на страницы точно такого же размера, как и виртуальная память . Общее количество малых виртуальных страниц процесса в 32 разрядных системах равно 1 048 576 (4 ГБ / 4 КБ = 1 048 576).

Обычно процессы задействуют не весь объем виртуальной памяти, а только небольшую его часть. Соответственно, не имеет смысла (и, часто, возможности) выделять страницу в физической памяти для каждой виртуальной страницы всех процессов. Вместо этого в ОЗУ (говорят, "резидентно") находится ограниченное количество страниц, которые непосредственно необходимы процессу. Такое подмножество виртуальных страниц процесса, расположенных в физической памяти, называется рабочим набором процесса (working set ).

Те виртуальные страницы, которые пока не требуются процессу, операционная система может выгрузить на диск , в специальный файл , называемый файлом подкачки (page file).

Каким образом процесс узнает, где в данный момент находится требуемая страница? Для этого служат специальные структуры данных – таблицы страниц ( page table ).

Структура виртуального адресного пространства

Рассмотрим, из каких элементов состоит виртуальное адресное пространство процесса в 32 разрядных Windows (рис.11.2).

В пользовательском ВАП располагаются исполняемый образ процесса, динамически подключаемые библиотеки ( DLL , dynamic-link library ), куча процесса и стеки потоков.

При запуске программы создается процесс (см. лекцию 6 "Процессы и потоки"), при этом в память загружаются код и данные программы (исполняемый образ, executable image ), а также необходимые программе динамически подключаемые библиотеки ( DLL ). Формируется куча ( heap ) – область, в которой процесс может выделять память динамическим структурам данных (т. е. структурам, размер которых заранее неизвестен, а определяется в ходе выполнения программы). По умолчанию размер кучи составляет 1 МБ, но при компиляции приложения или в ходе выполнения процесса может быть изменен. Кроме того, каждому потоку предоставляется стек (stack) для хранения локальных переменных и параметров функций, также по умолчанию размером 1 МБ.

В системном ВАП расположены:

образы ядра (ntoskrnl.exe), исполнительной системы, HAL (hal.dll), драйверов устройств, требуемых при загрузке системы;
таблицы страниц процесса;
системный кэш;
пул подкачиваемой памяти (paged pool) – системная куча подкачиваемой памяти;
пул подкачиваемой памяти (nonpaged pool) – системная куча неподкачиваемой памяти;
другие элементы (см. [5]).

Переменные, в которых хранятся границы разделов в системном ВАП, приведены в [5, стр. 442]. Вычисляются эти переменные в функции MmInitSystem ( файл base\ntos\mm\mminit.c, строка 373), отвечающей за инициализацию подсистемы памяти. В файле base\ntos\mm\i386\mi386.h приведена структура ВАП и определены константы , связанные с управлением памятью (например, стартовый адрес системного кэша MM_SYSTEM_CACHE_START , строка 199).

Выделение памяти процессам

1. WinAPI функция VirtualAlloc позволяет резервировать и передавать виртуальную память процессу. При резервировании запрошенный диапазон виртуального адресного пространства закрепляется за процессом (при условии наличия достаточного количества свободных страниц в пользовательском ВАП), соответствующие виртуальные страницы становятся зарезервированными ( reserved ), но доступа к этой памяти у процесса нет – при попытке чтения или записи возникнет исключение . Чтобы получить доступ , процесс должен передать память зарезервированным страницам, которые в этом случае становятся переданными ( commit ).

Отметим, что резервируются участки виртуальной памяти по адресам, кратным значению константы гранулярности выделения памяти MM_ALLOCATION_GRANULARITY ( файл base\ntos\inc\mm.h, строка 54). Это значение равно 64 КБ. Кроме того, размер резервируемой области должен быть кратен размеру страницы (4 КБ).

WinAPI функция VirtualAlloc для выделения памяти использует функцию ядра NtAllocateVirtualMemory ( файл base\ntos\mm\allocvm.c, строка 173).

2. Для более гибкого распределения памяти существует куча процесса, которая управляется диспетчером кучи ( heap manager ). Кучу используют WinAPI функция HeapAlloc , а также оператор языка C malloc и оператор C++ new . Диспетчер кучи предоставляет возможность процессу выделять память с гранулярностью 8 байтов (в 32-разрядных системах), а для обслуживания этих запросов использует те же функции ядра, что и VirtualAlloc.

Дескрипторы виртуальных адресов

Для хранения информации о зарезервированных страницах памяти используются дескрипторы виртуальных адресов ( Virtual Address Descriptors, VAD ). Каждый дескриптор содержит данные об одной зарезервированной области памяти и описывается структурой MMVAD ( файл base\ntos\mm\mi.h, строка 3976).

Границы области определяются двумя полями – StartingVpn (начальный VPN ) и EndingVpn (конечный VPN ). VPN ( Virtual Page Number) – это номер виртуальной страницы; страницы просто нумеруются, начиная с нулевой. Если размер страницы 4 КБ (212 байт ), то VPN получается из виртуального адреса начала страницы отбрасыванием младших 12 бит (или 3 шестнадцатеричных цифр). Например, если виртуальная страница начинается с адреса 0x340000, то VPN такой страницы равен 0x340.

Дескрипторы виртуальных адресов для каждого процесса организованы в сбалансированное двоичное АВЛ дерево 3 АВЛ дерево – структура данных для организации эффективного поиска; двоичное дерево, сбалансированное по высоте. Названо в честь разработчиков – советских ученых Г. М. Адельсон Вельского и Е. М. Ландиса. ( AVL tree ). Для этого в структуре MMVAD имеются поля указатели на левого и правого потомков: LeftChild и RightChild .

Для хранения информации о состоянии области памяти, за которую отвечает дескриптор , в структуре MMVAD содержится поле флагов VadFlags.

Виртуальная память является подкачкой (дополнением) оперативной памяти. Она присутствует практически во всех операционных системах.

Что такое виртуальная память?

Виртуальная память (Virtual Memory, ВП) — это метод управления памятью компьютера, использующий для работы файл подкачки (swap file). При недостатке существующего объема ОЗУ, позволяет запускать на ПК более ресурсозатратные программы. В таком случае данные приложения автоматически перемещаются между основной памятью и вторичным хранилищем.

Виртуальная память так же обладает рядом достоинств:

Работает полностью в автоматическом режиме и не требует от пользователя постоянного управления основным пространством.
Значительно повышает безопасность использования программного обеспечения (снижает вероятность вылетов, критического завершения работы, потери данных).
Позволяет запускать и использовать на ПК больше памяти, чем это доступно физически.

За счет ее использования компьютер способен изолировать запущенные процессы друг от друга и рационально распределять RAM.

Виртуальная память может включать важные для пользователя пароли, логины и другую информацию. Эта возможность используется сотрудниками спецслужб и хакерами для получения доступа к остальным компонентам компьютера. Сделать это можно как аппаратно, так и системно.

Как узнать объем файла подкачки (swap file)

Файл подкачки хранится на винчестере компьютера. Если для работы устройства используется несколько жестких дисков, то он будет расположен на самом быстром из них. Определить объем ВП можно с использованием стандартных средств Windows или специального софта.

Для этого:

При определении размера ВП система исходит не из объема ОЗУ, а из задач, которые выполняются на устройстве. Поэтому для определения размера необходимо запустить приложения и компоненты, которые обычно используются компьютером и посмотреть пиковое значение свапинга в течение этого сеанса. Он и будет определять величину файла подкачки.

Узнать объем ВП и другие параметры системы можно используя специальную утилиту Vmmap.exe. Она доступна для бесплатной загрузки на официальном сайте Microsoft и не требует установки. Поставляется в виде исполняемого файла, полностью на английском языке.

Dump File и его типы

Как это работает:

Во время первоначального запуска системы, Windows создает и сохраняет на жестком диске специальную карту секторов, которые занимает на HDD свап.
Если происходит сбой, то операционная система изучает созданную карту на наличие неисправностей. В идеале она должна быть целостной. Если это так, то данные переписываются на винчестер и в свап по созданной карте секторов.
При следующем перезапуске компьютера SMSS анализирует ВП и проверяет его на наличие дампов, если он есть, то данные копируются из файла подкачки в специальный dump file. Дополнительно обновляется системный журнал. Поэтому открыв его можно узнать, была ли проведена эта операция.

Таким образом при автоматическом выборе размера свапа, Windows руководствуется настройками для создания аварийного дампа.

Загрузка и восстановление

Дампы можно разделить на 4 типа:

В него записывается все содержимое RAM на момент незапланированного завершения работы. С учетом этой информации файл подкачки должен иметь размер равный физической памяти компьютера +1 МБ (используется для создания записи в системном журнале).

Выбирается системой автоматически только в том случае, если общий объем физической памяти 4 ГБ и менее.

В него записывается только информация и память, выделенная для ядра операционной системы. Он занимает сравнительно меньше места и его объема достаточно, чтобы Windows могла определить причины аварийного завершения работы.

Выбирается по умолчанию, если размер RAM превышает 4 ГБ. При выборе дампа памяти ядра важно следить, чтобы минимальный размер для файла подкачки составлял хотя бы ⅓ от общего объема физической.

Записывает только самую необходимую информацию для выявления причин аварийного сбоя. Здесь находится стоп-код и описание самой ошибки, дополнительно указываются загруженные на устройство драйвера и перечень запущенных процессов.

Доступен только для операционных систем семейства Windows начиная от восьмерки и выше, либо Server 2012. Представляет собой аналог дампа ядра, но с тем отличием, что система может постоянно менять размер файла подкачки, позволяя ей выбирать оптимальный для работы вариант.

Размер свапа будет напрямую зависит от объема RAM и выбранного типа дампа. Дополнительно стоит учитывать и версию операционной системы. Это касается серверных и обычных сборок.

Как изменить Dump File

Перед тем, как менять размер виртуальной памяти, необходимо правильно определить и выбрать тип дампа. Сделать это можно используя штатные инструменты Windows. Для этого выполните следующие действия:

Загрузка и восстановление

Как изменить объем виртуальной памяти через быстродействие

По умолчанию система определяет размер полностью в автоматическом режиме. Это наиболее оптимальная опция для Windows. При изменении объема свапа вручную важно, чтобы новый размер виртуальной памяти был не менее существующего, в противном случае возможны сбои в работе ПК.

После увеличение размера свапа перезагрузка не требуется. Если же он был наоборот уменьшен, то устройство необходимо обязательно перезапустить.

Как добавить виртуальную память на Windows

Как правило, среднестатистическому пользователю достаточно того объема ВП, которая выделяется устройством автоматически. Если на ПК мало физической RAM, то увеличить ее объем можно за счет свапа.

Для этого:

Для этого необходимы права администратора. При появлении запроса на ввод пароля, укажите его, после чего продолжите изменение параметров.

В некоторых случаях увеличение Virtual Memory помогает повысить скорость работы ПК, увеличить общее быстродействие.

Файл подкачки. Терминология.

Файл подкачки (pagefile.sys) — это системный файл на жестком диске (как правило на системном диске) компьютера, который служит как бы дополнением (расширением) к оперативной памяти. Также эту дополнительную память называют виртуальной памятью компьютера.
Виртуальная память — метод управления памятью компьютера для выполнения программ требующих большие объемы оперативной памяти, чем есть реально на компьютере. Недостающую оперативную память такие программы получают из файла подкачки. Другими словами, файл подкачки разгружает оперативную память в периоды её сильной загрузки.
Оперативная память в разы быстрее чем память файла подкачки. Если одновременно запустить несколько приложений в системе, которые потребляют много оперативной памяти, то данные неиспользуемых из них будут выгружены из оперативной памяти в менее быструю виртуальную память. Активные же приложения будут обслуживаться непосредственно оперативной памятью (RAM). Также, если например свернутое приложение развернуть, то данные из виртуальной памяти вновь перейдут в RAM.

Как настроить файл подкачки и изменить его размер?

Грамотная, правильная настройка файла подкачки поможет значительно ускорить работу компьютера. Этим грех было бы не воспользоваться. Где можно его настроить?

Для Windows XP:
Пуск > Настройка > Панель управления > Система > Дополнительно > Быстродействие > Параметры > Дополнительно > Изменить
Для Windows 7/8/Vista:
Пуск > Настройка > Панель управления > Система > Дополнительные параметры системы > Быстродействие > Параметры > Дополнительно > Виртуальная память > Изменить

В самом верху окна снять галочку с пункта Автоматически выбирать объём файла подкачки.
Выберите раздел (либо физический диск) для которого настраивается файл подкачки.
Поставьте переключатель в пункт Указать размер , укажите Исходный размер и Максимальный размер (указывается в мегабайтах)
Обязательно нажмите на кнопку Задать.

Для отключения файла подкачки поставьте переключатель в пункт Без файла подкачки.

Размер файла подкачки Windows. Какой правильный?

оптимальный размер файла подкачки для 512 Mb оперативной памяти, - 5012 Mb ;
оптимальный размер файла подкачки для 1024 Mb оперативной памяти, - 4012 Mb ;
оптимальный размер файла подкачки для 2048 Mb оперативной памяти, - 3548 Mb;
оптимальный размер файла подкачки для 4096 Mb оперативной памяти, - 3024 Mb;
оптимальный размер файла подкачки для 8 Гб оперативной памяти, - 2016 Mb;
оптимальный размер файла подкачки для 16 Гб оперативной памяти (и больше), - без файла подкачки .

Конечно, это субъективный взгляд и данные показатели не могут быть абсолютно точными, рекомендуемыми, но на практике именно они давали эффект. Вы можете сами поэкспериментировать и найти лучшее сочетание для вашего компьютера. Тут есть и некоторые примечания.

Некоторые приложения требуют наличия файла подкачки. Отключение его может привести к ошибкам в работе таких приложений. При отключении виртуальной памяти на системном диске, также станет невозможной запись дампа памяти при BSOD'ах (Синий экран смерти).
Если вы, как правило, сворачиваете несколько приложений оставляя их запущенными, а сами переключаетесь на другие, то тут вам тоже может понадобиться большой объём файла подкачки, так как данные свернутых приложений записываются именно в него. Хотя, и здесь все зависит от объема RAM.

Правильное расположение файла подкачки. На каком диске включить?

Если у вас на компьютере несколько физических дисков, то устанавливать файл подкачки нужно на наиболее быстром диске. Считается, что файл подкачки делить на 2 части:

Первая часть на системном диске (разделе) (как раз для записи информации отладочной записи при синих экранах смерти)
Вторая часть на самом быстром диске

При этом система во время работы обращается к наименее загруженному разделу, не трогая первый.
Также рекомендуется, под файл подкачки создавать отдельный раздел, с объёмом памяти равной либо близкой размеру файла подкачки (например 2024мб). Эта хитрость позволяет избавиться от фрагментации данного файла.

Итоги:

Надеюсь приведенные в статье советы помогут вам правильно настроить файл подкачки на вашем компьютере и оптимизирует его работу. Если есть вопросы пишите в комментариях, постараюсь дать на них исчерпывающие ответы.

Если вам понравилась эта статья, то пожалуйста, оцените её и поделитесь ею со своими друзьями на своей странице в социальной сети.

Файл подкачки – это часть накопителя, который зарезервирован системой для выгрузки данных, не использующихся в определенный момент в Windows 10. Он располагается на том накопителе, на котором установлена ОС. При возвращении к неиспользуемому софту, он поменяется местами с другой программой. Мы разберем, как настроить и отредактировать файл подкачки, компенсирующего нехватку ОЗУ.

Что такое файл подкачки

Windows 10 самостоятельно может определить объем дополнительной памяти, основываясь на потребностях ОС и особенностей функционирования. В некоторых ситуациях для оптимизации работы системы рекомендуется отредактировать параметры файла pagefile.sys или вовсе деактивировать его. В иных случаях следует не трогать его. Необходимо следовать всем рекомендациям при настройке в зависимости от характеристики ПК и цели его использования.

Новый тип файла понадобился из-за того, что способ работы современных приложений с памятью отличаются от стандартных методов. Если pagefile.sys используется ОС в качестве обычной ОЗУ, то swapfile.sys представляет собой гибернацию определенных приложений. При обращении программы продолжают работу на небольшое время из этого файла.

Редактирование файла подкачки Windows 10

Если ОЗУ достаточно для стабильной работы системы, объем подкачки Windows 10 можно сделать меньше или вовсе отключить, освободив место на HDD или SSD. Рекомендуется использовать параметры, которые определяет система, но настроить память возможно вручную.

Также предусмотрен способ попасть в настройки через командную строку. Для этого одновременно зажмите клавиши Win+R и введите sysdm.cpl. После этого кликните на кнопку Enter для выполнения.

Чтобы изменить объем дополнительной памяти вручную, следуйте инструкции:

Рекомендованным объемом файла подкачки является кратный размер ОЗУ, которая установлена на ПК. Для этого значение оперативной памяти необходимо умножить на 3, 2, 1,5 или 0,5. Если память равна 4096 Мб, то, значит, виртуальная память будет составлять 2048, 6144, 8192 или 12288.

Если необходимо задать свое значение размера, то следуйте простым правилам для оптимальной работы системы:

максимальный и исходный размер должен быть одним и тем же, что практически исключит дефрагментацию файла;
для размещения рекомендуется использоваться HDD-диск: накопители SSD ограничены в ресурсах;
целесообразно выделять большое количество памяти файла подкачки, если оперативная память действительно мала;
если в ПК установлено несколько HDD, то для размещения памяти выбирайте тот, который меньше всего загружен. При этом имеется в виду не раздел на диске, а сам носитель.

Способ перемещения

Для улучшения производительности системы перенос файла подкачки на отдельный диск становится полезным. Следует сразу отметить, что такой вариант подходит и для твердотельных накопителей.

1. Перейдите в параметры редактирования подкачки способом, описанным выше.

2. Снимите галочку напротив автоматического выбора объема файла подкачки.

5. Выделите другой диск, на который нужно перенести файл.

6. Выберите один из пунктов указания размера.

Затем необходимо перезагрузить ПК, чтобы pagefile.sys автоматически был удален. Если этого не произошло, то можно деинсталлировать его вручную. Если показ скрытых файлов включен, а виртуальная память не отображается в корневой папке, то действуйте следующим образом:

Найти файлы можно в корневой папке диска, на котором размещена виртуальная память. По умолчанию она скрывается, чтобы пользователь нечаянно не удалил важные данные.

В каких случаях можно обойтись без файла подкачки

Если на ПК 6 Гб ОЗУ, и пользователь просматривает веб-страниц или запускает нетребовательные игры, то деактивация файла подкачки возможна без ущерба функционирования системы. При этом пространство на накопителе может значительно освободиться. Если для работы необходимы редакторы графических изображений и программы для монтажа видео, виртуальная память должна быть активна. Кроме того, ее деактивация может привести к тому, что при нехватке ресурсов потеряются несохраненные проекты или документы после сбоя.

Существует способ понять, сколько требуется оперативной памяти для конкретной ситуации. Следует отметить, что он может подойти не всем.

Затем нужно произвести несложный математический подсчет: вычесть из установленной ОЗУ объем использованной и увеличьте результат на 100%. Если имеется 6 Гб оперативки, задействовано 5, то можно поставить 2 Гб дополнительной памяти, чтобы обеспечивать стабильную работу системы.

Читайте также: