C'è una certa confusione riguardo al termine Memoria virtuale, e in realtà si riferisce ai seguenti due concetti molto diversi
- Usare le pagine del disco per estendere la quantità concettuale di memoria fisica di un computer - Il termine corretto per questo è in realtà Paging
- Un'astrazione utilizzata da vari sistemi operativi / CPU per creare l'illusione di ogni processo in esecuzione in uno spazio di indirizzi contiguo separato.
Spazio di swap, OTOH, è il nome della porzione di disco utilizzata per memorizzare pagine RAM aggiuntive quando non in uso.
Una consapevolezza importante da fare è che il primo è possibile in modo trasparente grazie al supporto hardware e OS del secondo.
Per capire meglio tutto ciò, si dovrebbe considerare come la "Memoria virtuale" (come nella definizione 2) sia supportata dalla CPU e dal SO.
Supponiamo di avere un puntatore a 32 bit (i punti a 64 bit sono simili, ma utilizzano meccanismi leggermente diversi). Una volta abilitata la "Memoria virtuale", il processore considera questo puntatore come tre parti.
- I 10 bit più alti sono una voce della directory della pagina
- I 10 bit seguenti sono una voce della tabella pagine
- Gli ultimi 12 bit costituiscono l' offset di pagina
Ora, quando la CPU cerca di accedere al contenuto di un puntatore, consulta prima la tabella Page Directory - una tabella composta da 1024 voci (nell'architettura X86 la cui posizione è puntata dal registro CR3). La voce della directory delle pagine a 10 bit è un indice in questa tabella, che punta alla posizione fisica della tabella delle pagine . Questa, a sua volta, è un'altra tabella di 1024 voci ciascuna delle quali è un puntatore nella memoria fisica e diversi bit di controllo importanti. (Torneremo su questi più tardi). Una volta che una pagina è stata trovata, gli ultimi 12 bit vengono utilizzati per trovare un indirizzo all'interno di quella pagina.
Ci sono molti altri dettagli (TLB, pagine grandi, PAE, selettori, protezione pagina) ma la breve spiegazione sopra cattura il succo delle cose.
Utilizzando questo meccanismo di traduzione, un sistema operativo può utilizzare un diverso set di pagine fisiche per ogni processo, dando così a ciascun processo l'illusione di avere tutta la memoria per se stesso (poiché ogni processo ottiene la propria directory di pagine)
Oltre a questa memoria virtuale, il sistema operativo può anche aggiungere il concetto di paging . Uno dei bit di controllo discussi in precedenza consente di specificare se una voce è "Presente". Se non è presente, un tentativo di accedere a quella voce comporterebbe un'eccezione di errore di pagina . Il sistema operativo può acquisire questa eccezione e agire di conseguenza. I sistemi operativi che supportano lo scambio / paging possono quindi decidere di caricare una pagina dallo spazio di scambio , correggere le tabelle di traduzione e quindi rilasciare nuovamente l'accesso alla memoria.
È qui che i due termini si combinano, un sistema operativo che supporta memoria virtuale e paging può dare ai processi l'illusione di avere più memoria di quella effettivamente presente pagando (scambiando) pagine dentro e fuori dall'area di scambio.
Per quanto riguarda la tua ultima domanda (perché si dice che la CPU a 32 bit è limitata a 4 GB di memoria virtuale). Si riferisce alla "Memoria virtuale" della definizione 2 ed è un risultato immediato della dimensione del puntatore. Se la CPU può utilizzare solo puntatori a 32 bit, hai solo 32 bit per esprimere indirizzi diversi, questo ti dà 2 ^ 32 = 4 GB di memoria indirizzabile.
Spero che questo renda le cose un po 'più chiare.