ما هي الذاكرة الافتراضية في الحاسوب؟

الذاكرة الافتراضية:

تعتبر الذاكرة الافتراضية الظاهرية جزءًا هاماً من معظم أنظمة التشغيل الموجودة على أجهزة الحاسوب، في الوقت الحالي؛ لأنها توفر فائدة كبيرة جداً للمستخدمين بتكلفة منخفضة نوعاً ما.

أغلب أجهزة الحاسوب اليوم لديها ما يقارب من 64 إلى 128 ميجابايت، من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المتاحة للاستخدام من قبل وحدة المعالجة المركزية (cpu). وفي كثير من الأوقات، لا يكفي هذا المقدار من ذاكرة الوصول العشوائي، لتشغيل كافة البرامج التي يتوقع أغلب المستخدمين تشغيلها في وقت واحد؛ على سبيل المثال، إذا قمت بتنزيل نظام تشغيل (Windows)، وبرنامج البريد إلكتروني ومتصفح الويب سايت إلى ذاكرة الوصول العشوائي بشكل متزامن، فإن 64 ميغابايت تعتبر غير كافية لاحتواء كل شيء.

وفي حال عدم وجود الذاكرة الافتراضية، فيجب أن يظهر لك جهاز الحاسوب الخاص بك رسالة: عذرًا، لا يمكنك تشغيل أي تطبيقات، كما يجب عليك الخروج من التطبيق لتحميل تطبيق آخر جديد، أما باستعمال الذاكرة الافتراضية فمن الممكن لجهاز الكمبيوتر الخاص بك البحث عن مناطق (RAM)، التي لم يتم استعمالها مؤخرًا ونسخها على القرص الثابت، ممّا يتيح مساحة في ذاكرة الوصول العشوائي لكي يتم تحميل التطبيق الجديد، لأنه يقوم بذلك بشكل تلقائي، فأنت لا تعلم حتى أنه يحدث، ويجعل جهاز الحاسوب الخاص بك يبدو وكأنه يتضمن مساحة ذاكرة وصول عشوائي غير محدودة، على الرغم من أنه يحتوي على 32 ميغابايت فقط. ونظرًا لأن مساحة القرص الثابت تعتبر أرخص بكثير من شرائح ذاكرة الوصول العشوائي، توفر الذاكرة الظاهرية أيضًا ميزة اقتصادية جيدة نوعاً ما.

تُسمّى المساحة من القرص الثابت التي تقوم بحفظ صورة معينة (RAM) ملف صفحة، حيث يقوم نظام التشغيل في جهاز الحاسوب بنقل المعلومات ذهابًا وإيابًا بين (ملف الصفحة) و(RAM). وذلك على جهاز يحمل نظام تشغيل (Windows)، حيث تحتوي ملفات الصفحات على ملحق يسمى(SWP).

وبطبيعة الحال، فإن سرعة القراءة/ الكتابة لدى محرك الأقراص الصلبة تعتبر أبطأ بكثير من ذاكرة الوصول العشوائي، وإذا كان نظام التشغيل الموجود على جهاز الحاسوب الخاص بك يعتمد بشكل كبير على الذاكرة الظاهرية، فسوف تلاحظ انخفاضًا ملحوظًا في الأداء.

تاريخ ظهور الذاكرة الافتراضية:

يعود السبب الرئيسي في ظهور الذاكرة الافتراضية، (فريتز رودولف غونتش)، حيث عمل على توضيح مفهوم الذاكرة الظاهرية في سنة (1956). ثم في سنة (1969)، أظهر باحثو (آي بي إم) أن ما كان يسمّى في ذلك الوقت بنظام تركيب الذاكرة الظاهرية عمل بشكل أفضل من الأنظمة اليدوية السابقة، وقد استعملت الحاسبات الآلية والحواسيب الصغيرة في السبعينيات الذاكرة الظاهرية. ولم يتم تضمين تقنية الذاكرة الافتراضية في أجهزة الحواسيب الشخصية المبكرة، لأن المطورين اعتبروا أن نفاذ الذاكرة لن يمثل مشكلة في هذه الأجهزة، إلى أن ثبت عكس ذلك، فقدمت (Intel) الذاكرة الظاهرية في المعالج (80286) في سنة (1982).

كيفية إدارة الذاكرة الافتراضية:

كما أن أنظمة التشغيل الموجودة في جهاز الكمبيوتر تحتوي على إعدادات افتراضية، حيث تعمل على تحديد مقدار مساحة القرص الثابت المسؤول عن الذاكرة الظاهرية، حيث سيعمل هذا الإعداد مع أغلب التطبيقات والعمليات، ولكن من الممكن أن يكون هناك أوقات يكون فيها من المهم إعادة تعيين مقدار مساحة محرك الأقراص الثابتة المحددة للذاكرة الظاهرية، مثل التطبيقات التي تعتمد على أوقات الاستجابة السريعة، أو عندما يكون لدى جهاز الكمبيوتر مجموعة من الأقراص الصلبة.

عند إعادة تعيين الذاكرة الظاهرية بشكل يدوي، يجب تعيين الحد الأقل والحد الأعلى لمقدار مساحة القرص الثابت المطلوب استعماله في الذاكرة الظاهرية. لأنه قد ينتج عن عملية التحديد هذه مساحة صغيرة جدًا، وإذا احتاج النظام بشكل مستمر إلى مساحة ذاكرة افتراضية أكثر، فقد يكون من المهم والضروري التفكير في إضافة ذاكرة وصول عشوائي أكبر.

إيجابيات استخدام الذاكرة الافتراضية:

من بين الفوائد الأساسية للذاكرة الظاهرية، معرفتها في التعامل مع نقص عدد العناوين كذاكرة رئيسية، وذلك من خلال استعمال القرص الصلب كموقع للحفظ المؤقت، بينما تقوم وحدة إدارة الذاكرة بجهاز الحاسوب (MMUs)، بترجمة عناوين الذاكرة الظاهرية إلى العناوين الفعلية، من خلال وحدة المعالجة المركزية. كما تستعمل البرامج عناوين افتراضية لحفظ التعليمات والبيانات، وعند تنفيذ أحد البرامج، يتم تحويل العناوين الظاهرية إلى عناوين الذاكرة الفعلية.

ومن حسنات الذاكرة الافتراضية أنها تعمل على تحرير التطبيقات، من إدارة (Shared Memory) وكما تعمل أيضاً على حماية المستخدمين من الاضطرار إلى إضافة وحدات ذاكرة جديدة عند نفاد مساحة (RAM).