Virtueller Speicher ist eine Speicherverwaltungstechnik, die es dem Betriebssystem ermöglicht, den physischen Speicher effizienter zu nutzen. Dabei wird für jeden Prozess ein virtueller Adressraum erstellt, bei dem es sich um einen Adressbereich handelt, den der Prozess für den Zugriff auf den Speicher verwenden kann. Der physische Speicher wird dann in Seiten unterteilt, bei denen es sich um kleine Speicherblöcke handelt, die je nach Bedarf in den physischen Speicher ein- und ausgelagert werden können.
Wenn ein Prozess auf eine virtuelle Adresse zugreift, prüft das Betriebssystem, ob sich die entsprechende Seite im physischen Speicher befindet. Ist dies der Fall, wird der Zugriff gewährt. Ist dies nicht der Fall, tauscht das Betriebssystem eine Seite aus, die derzeit nicht verwendet wird, und tauscht die benötigte Seite ein. Dieser Vorgang wird als Paging bezeichnet.
Der virtuelle Speicher optimiert die Leistung auf verschiedene Weise. Erstens ermöglicht es dem Betriebssystem, mehrere Prozesse gleichzeitig auszuführen, selbst wenn nicht genügend physischer Speicher vorhanden ist, um alle Prozesse gleichzeitig im Speicher zu halten. Dies liegt daran, dass das Betriebssystem Seiten austauschen kann, die derzeit nicht verwendet werden, wodurch Platz für Seiten aus anderen Prozessen geschaffen wird.
Zweitens trägt der virtuelle Speicher dazu bei, eine Fragmentierung des physischen Speichers zu verhindern. Fragmentierung tritt auf, wenn der physische Speicher in kleine, unbrauchbare Teile aufgeteilt wird. Dies kann es für das Betriebssystem schwierig machen, zusammenhängende Speicherblöcke den Prozessen zuzuweisen, was zu einer Leistungseinbuße führen kann. Der virtuelle Speicher verhindert Fragmentierung, indem er es Prozessen ermöglicht, nicht zusammenhängende Blöcke des physischen Speichers zu verwenden.
Drittens trägt der virtuelle Speicher dazu bei, den Speicher eines Prozesses vor dem Zugriff eines anderen Prozesses zu schützen. Dies liegt daran, dass jeder Prozess über einen eigenen virtuellen Adressraum verfügt und das Betriebssystem nicht zulässt, dass Prozesse auf Speicher außerhalb ihres eigenen Adressraums zugreifen.
Insgesamt handelt es sich bei virtuellem Speicher um eine leistungsstarke Speicherverwaltungstechnik, die dazu beiträgt, die Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit von Betriebssystemen zu verbessern.
