Existe cierta confusión con respecto al término memoria virtual, y en realidad se refiere a los siguientes dos conceptos muy diferentes
- Uso de páginas de disco para ampliar la cantidad conceptual de memoria física que tiene una computadora: el término correcto para esto es en realidad Paginación
- Una abstracción utilizada por varios sistemas operativos / CPU para crear la ilusión de que cada proceso se ejecuta en un espacio de direcciones contiguo separado.
El espacio de intercambio, OTOH, es el nombre de la parte del disco que se usa para almacenar páginas de RAM adicionales cuando no está en uso.
Una conclusión importante a tener en cuenta es que lo primero es posible de manera transparente debido al soporte de hardware y sistema operativo del segundo.
Para entender mejor todo esto, debe considerar cómo la "memoria virtual" (como en la definición 2) es compatible con la CPU y el sistema operativo.
Suponga que tiene un puntero de 32 bits (los puntos de 64 bits son similares, pero usan mecanismos ligeramente diferentes). Una vez que se ha habilitado la "Memoria virtual", el procesador considera que este puntero se compone de tres partes.
- Los 10 bits más altos son una entrada de directorio de página
- Los siguientes 10 bits son una entrada de tabla de páginas
- Los últimos 12 bits forman el desplazamiento de página
Ahora, cuando la CPU intenta acceder al contenido de un puntero, primero consulta la tabla Page Directory , una tabla que consta de 1024 entradas (en la arquitectura X86, cuya ubicación apunta el registro CR3). La entrada del directorio de páginas de 10 bits es un índice en esta tabla, que apunta a la ubicación física de la tabla de páginas . Esta, a su vez, es otra tabla de 1024 entradas, cada una de las cuales es un puntero en la memoria física y varios bits de control importantes. (Volveremos a esto más tarde). Una vez que se ha encontrado una página, los últimos 12 bits se utilizan para encontrar una dirección dentro de esa página.
Hay muchos más detalles (TLB, páginas grandes, PAE, selectores, protección de página) pero la breve explicación anterior captura la esencia de las cosas.
Al usar este mecanismo de traducción, un sistema operativo puede usar un conjunto diferente de páginas físicas para cada proceso, lo que le da a cada proceso la ilusión de tener toda la memoria para sí mismo (ya que cada proceso obtiene su propio directorio de páginas)
Además de esta memoria virtual, el sistema operativo también puede agregar el concepto de paginación . Uno de los bits de control discutidos anteriormente permite especificar si una entrada está "Presente". Si no está presente, un intento de acceder a esa entrada resultaría en una excepción de error de página . El sistema operativo puede capturar esta excepción y actuar en consecuencia. Los sistemas operativos que admiten el intercambio / paginación pueden decidir cargar una página desde el espacio de intercambio , arreglar las tablas de traducción y luego emitir el acceso a la memoria nuevamente.
Aquí es donde se combinan los dos términos, un sistema operativo que admita memoria virtual y paginación puede dar a los procesos la ilusión de tener más memoria de la que realmente está presente al paginar (intercambiar) páginas dentro y fuera del área de intercambio.
En cuanto a su última pregunta (¿Por qué se dice que la CPU de 32 bits está limitada a 4 GB de memoria virtual?). Esto se refiere a la "memoria virtual" de la definición 2 y es un resultado inmediato del tamaño del puntero. Si la CPU solo puede usar punteros de 32 bits, solo tiene 32 bits para expresar diferentes direcciones, esto le da 2 ^ 32 = 4GB de memoria direccionable.
Espero que esto aclare un poco las cosas.