Bộ nhớ ảo là gì? Cách thức hoạt động và các ưu, nhược điểm của nó

1. Bộ nhớ ảo là gì?

Bộ nhớ ảo hay Virtual Memory là một kỹ thuật quản lý bộ nhớ trong đó bộ nhớ phụ có thể được sử dụng như thể nó là một phần của bộ nhớ chính. Bộ nhớ ảo là một kỹ thuật phổ biến được sử dụng trong hệ điều hành (OS) của máy tính.

Bộ nhớ ảo sử dụng cả phần cứng và phần mềm để cho phép máy tính bù đắp sự thiếu hụt bộ nhớ vật lý, tạm thời chuyển dữ liệu từ bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) sang ổ lưu trữ. Ánh xạ các phần bộ nhớ thành các tệp đĩa cho phép máy tính coi bộ nhớ phụ như thể nó là bộ nhớ chính.

Ngày nay, hầu hết các máy tính cá nhân (PC) đều có RAM ít nhất 8 GB (gigabyte). Tuy nhiên, đôi khi, điều này không đủ để chạy một số chương trình cùng một lúc. Đây là nơi có bộ nhớ ảo. Bộ nhớ ảo giải phóng RAM bằng cách hoán đổi dữ liệu gần đây chưa được sử dụng sang thiết bị lưu trữ, chẳng hạn như ổ cứng hoặc ổ cứng thể rắn (SSD).

Bộ nhớ ảo rất quan trọng để cải thiện hiệu suất hệ thống, đa nhiệm và sử dụng các chương trình lớn. Tuy nhiên, bộ nhớ ảo chạy chậm hơn Ram vì vậy mà bạn không nên quá phụ thuộc vào nó. Nếu hệ điều hành phải hoán đổi dữ liệu giữa bộ nhớ ảo và RAM quá thường xuyên, máy tính sẽ bắt đầu chậm lại - điều này được gọi là sự cố .

Bộ nhớ ảo được phát triển vào thời điểm mà bộ nhớ vật lý - còn được gọi là RAM - rất đắt tiền. Máy tính có một lượng RAM hữu hạn, do đó, bộ nhớ cuối cùng sẽ cạn kiệt khi nhiều chương trình chạy cùng một lúc. Hệ thống sử dụng bộ nhớ ảo sử dụng một phần của ổ cứng để mô phỏng RAM. Với bộ nhớ ảo, hệ thống có thể tải nhiều chương trình lớn hơn hoặc nhiều chương trình chạy cùng lúc, cho phép mỗi chương trình hoạt động như thể có nhiều dung lượng hơn mà không cần phải mua thêm RAM.

2. Cách thức hoạt động của bộ nhớ ảo

Bộ nhớ ảo sử dụng cả phần cứng và phần mềm để hoạt động. Khi một ứng dụng đang được sử dụng, dữ liệu từ chương trình đó được lưu trữ trong một địa chỉ vật lý sử dụng RAM. Một đơn vị quản lý bộ nhớ (MMU) ánh xạ địa chỉ tới RAM và tự động dịch địa chỉ. Ví dụ, MMU có thể ánh xạ một không gian địa chỉ logic đến một địa chỉ vật lý tương ứng.

Nếu, tại bất kỳ thời điểm nào, dung lượng RAM cần thiết cho việc gì đó khẩn cấp hơn, dữ liệu có thể được hoán đổi khỏi RAM và vào bộ nhớ ảo. Trình quản lý bộ nhớ của máy tính chịu trách nhiệm theo dõi sự thay đổi giữa bộ nhớ vật lý và bộ nhớ ảo. Nếu cần lại dữ liệu đó, MMU của máy tính sẽ sử dụng công tắc ngữ cảnh để tiếp tục thực thi.

Trong khi sao chép bộ nhớ ảo vào bộ nhớ vật lý, Hệ điều hành sẽ chia bộ nhớ với một số địa chỉ cố định thành các tệp trang hoặc tệp hoán đổi. Mỗi trang được lưu trữ trên một đĩa và khi cần trang, và hệ điều hành của bộ nhớ ảo sẽ sao chép nó từ đĩa vào bộ nhớ chính và chuyển các địa chỉ ảo thành các địa chỉ thực.

Tuy nhiên, quá trình hoán đổi bộ nhớ ảo thành bộ nhớ vật lý diễn ra khá chậm. Điều này có nghĩa là sử dụng bộ nhớ ảo thường gây ra giảm hiệu suất đáng kể. Do hoán đổi, máy tính có nhiều RAM hơn được coi là có hiệu suất tốt hơn.

3. Vai trò của bộ nhớ ảo

Dữ liệu RAM có thể thay đổi bất kỳ lúc nào. Ví dụ: người dùng có thể chỉ mở một chương trình hoặc một tài liệu, đôi khi họ có thể mở nhiều chương trình và tài liệu. Thiết bị càng có nhiều RAM thì càng có nhiều dữ liệu và chương trình có thể chạy cùng lúc.

Sẽ có lúc thiết bị mở quá nhiều chương trình và không đủ RAM để chạy chúng. Truyền dữ liệu từ RAM sang đĩa cứng sẽ giải phóng RAM; dữ liệu này không được sử dụng vào thời điểm đó.

Tuy nhiên, sử dụng bộ nhớ ảo có nghĩa là thiết bị sẽ chạy chậm hơn so với khi sử dụng RAM. Điều này là do bộ xử lý phải đợi trong khi dữ liệu đang được hoán đổi giữa RAM và đĩa cứng. Các thiết bị lưu trữ thứ cấp , chẳng hạn như đĩa cứng, có thời gian truy cập chậm hơn và có thể làm giảm thời gian xử lý của thiết bị. Điều này có thể tránh được nếu kích thước của RAM được tăng lên.

4. Tăng bộ nhớ ảo bằng cách nào?

Các cài đặt để quản lý và tăng bộ nhớ ảo khác nhau tùy thuộc vào hệ điều hành bạn sử dụng.

Đối với Windows, bạn có thể quản lý quá trình xử lý bộ nhớ của mình trong bảng “cài đặt”; nhập “hiệu suất” vào thanh tìm kiếm và chọn “điều chỉnh giao diện và xử lý cửa sổ”. Sau đó, bạn nhấp vào tab “nâng cao” và trong “bộ nhớ ảo”, bạn có thể nhấp vào thay đổi. Bỏ chọn kích thước tệp hoán trang tự động quản lý cho tất cả các trình điều khiển và hộp kiểm.

Bên dưới ổ đĩa (nhãn ổ đĩa), bấm vào ổ đĩa chứa tệp hoán trang để thay đổi, bấm vào kích thước tùy chỉnh và nhập kích thước mới tính bằng megabyte, bấm đặt, sau đó ok.

Trên các thiết bị Apple chạy MacOS , bạn cần đảm bảo rằng chương trình bạn muốn sử dụng bộ nhớ ảo đã được đóng. Từ menu “tệp”, chọn “nhận thông tin” và sau đó chọn “bộ nhớ”. Trong các phiên bản MacOS mới hơn, hệ điều hành sử dụng bộ nhớ ảo theo cách mà hệ điều hành cho là nên được sử dụng. Trong MacOS, dữ liệu bộ nhớ ảo cũng được mã hóa để nó vẫn an toàn khi nó được hoán đổi giữa đĩa cứng và RAM.

Trên các thiết bị chạy Android, hệ điều hành di động của Google , sẽ cần sử dụng thẻ nhớ để tăng bộ nhớ ảo.

5. Ưu điểm và Nhược điểm

5.1. Ưu điểm

Những lợi thế khi sử dụng bộ nhớ ảo bao gồm: 

Xử lý gấp đôi số địa chỉ so với bộ nhớ chính

Cho phép nhiều ứng dụng được sử dụng cùng một lúc

Giải phóng các ứng dụng khỏi việc quản lý bộ nhớ dùng chung và giúp người dùng không phải thêm mô-đun bộ nhớ khi hết dung lượng RAM

Tăng tốc độ khi chỉ cần một phân đoạn của chương trình để thực thi

Tăng cường bảo mật vì cách ly bộ nhớ

Cho phép nhiều ứng dụng lớn hơn chạy đồng thời

Cấp phát bộ nhớ tương đối rẻ

Không cần phân mảnh bên ngoài

Sử dụng CPU hiệu quả để quản lý khối lượng công việc phân vùng hợp lý

Dữ liệu có thể được di chuyển tự động và các trang trong quy trình gốc có thể được chia sẻ trong quá trình gọi hệ thống rẽ nhánh tạo ra một bản sao của chính nó.

5.2. Nhược điểm

Có thể thấy rằng, bộ nhớ ảo có rất nhiều ưu điểm, vậy nhược điểm của nó là gì? 

Các ứng dụng chạy chậm hơn nếu chúng đang chạy từ bộ nhớ ảo

Dữ liệu phải được ánh xạ giữa bộ nhớ ảo và bộ nhớ vật lý, điều này yêu cầu hỗ trợ thêm phần cứng để dịch địa chỉ, làm chậm máy tính hơn nữa.

Kích thước của bộ nhớ ảo bị giới hạn bởi số lượng bộ nhớ thứ cấp , cũng như sơ đồ định địa chỉ với hệ thống máy tính.

Sự cố có thể xảy ra nếu không có đủ RAM, điều này sẽ làm cho máy tính hoạt động chậm hơn.

Có thể mất thời gian để chuyển đổi giữa các ứng dụng sử dụng bộ nhớ ảo.

Nó làm giảm dung lượng ổ cứng khả dụng.

Như vậy, đến đây bạn đã có câu trả lời cho câu hỏi về bộ nhớ ảo là gì chưa? Trên đây là toàn bộ các thông tin về bộ nhớ ảo mà timviec24h.vn muốn cung cấp cho bạn đọc nhằm tăng vốn hiểu biết của mình về máy tính. Hãy theo dõi và cập nhật các bài viết tiếp theo của chúng tôi nhé!