Memoria virtual para niños

En informática, la memoria virtual es una técnica especial que usa el sistema operativo de tu computadora para que parezca que hay mucha más memoria disponible de la que realmente tiene. Imagina que tu computadora necesita un espacio de trabajo muy grande, pero solo tiene una mesa pequeña. La memoria virtual le permite usar un espacio extra en el disco duro como si fuera parte de esa mesa, haciendo que el espacio de trabajo parezca enorme.

La mayoría de las computadoras tienen diferentes tipos de memoria, cada una con su propia velocidad y capacidad:

• Los registros en la CPU (muy rápidos, poca capacidad).
• La memoria caché (rápida, un poco más de capacidad).
• La memoria RAM (la memoria principal, buena velocidad y capacidad).
• El disco duro (más lento, mucha capacidad).

Muchas aplicaciones y programas necesitan usar más información (como sus instrucciones y datos) de la que puede caber en la memoria RAM al mismo tiempo. Esto es especialmente cierto cuando tienes varios programas abiertos a la vez. La memoria virtual ayuda a solucionar este problema.

En lugar de que cada programa se preocupe por dónde guardar su información, la memoria virtual, con la ayuda de un hardware especial y el sistema operativo, se encarga de mover los datos entre la memoria RAM y el disco duro de forma automática. Así, los programas "creen" que tienen muchísima memoria RAM disponible, sin tener que preocuparse por los detalles.

La cantidad máxima de memoria virtual que una computadora puede simular depende de su procesador. Por ejemplo, en un sistema de 32 bits, se pueden simular hasta 4 Gigabytes (GB) de memoria. Esto hace que sea mucho más fácil para los programadores crear aplicaciones, ya que no tienen que preocuparse por cómo se mueven los datos entre los diferentes tipos de memoria.

Aunque la memoria virtual podría funcionar solo con software, en la práctica siempre se usa una combinación de hardware y software para que sea más eficiente y rápida.

¿Cómo funciona la Memoria Virtual?

Cuando tu computadora usa memoria virtual, cada vez que la CPU (el "cerebro" de la computadora) necesita leer o escribir en una dirección de memoria, un componente de hardware especial traduce esa dirección. Esta dirección que el programa "ve" se llama dirección virtual. El hardware la convierte en:

• La dirección real en la memoria RAM (llamada dirección física).
• O una señal de que la información que se busca no está en la memoria RAM en ese momento.

Si la información está en la memoria RAM, el acceso se realiza sin problemas, como si la memoria virtual no existiera. El programa sigue funcionando normalmente.

Si la información no está en la memoria RAM, el sistema operativo interviene. Busca esa información en el disco duro y la trae a la memoria RAM para que el programa pueda seguir trabajando. Esto es como si el sistema operativo fuera un asistente que trae los documentos que necesitas de un archivador (el disco duro) a tu escritorio (la RAM) cuando los pides.

La memoria virtual crea la "ilusión" de que tu computadora tiene mucha más memoria RAM de la que realmente posee. Esta ilusión permite que los programas se ejecuten sin importar el tamaño exacto de la memoria física.

Para mantener esta ilusión, la computadora usa un mecanismo de traducción de memoria y el disco duro. En cualquier momento, solo una pequeña parte de la memoria virtual que un programa necesita está en la memoria RAM, y el resto está guardado en el disco.

A medida que un programa se ejecuta, necesita diferentes partes de su información. La memoria virtual se encarga de traer las partes necesarias del disco a la RAM y de mover las partes que ya no se usan de vuelta al disco. Estos archivos que se guardan temporalmente en el disco se llaman "archivos de paginación" o "archivos de intercambio".

La memoria virtual es muy importante en los sistemas operativos modernos. Permite que más programas se mantengan en la memoria al mismo tiempo, porque solo se cargan las partes que se están usando. Esto también ahorra tiempo, ya que no se cargan ni descargan partes de los programas que no son necesarias.

Además, la memoria virtual simplifica la carga de programas. Permite que un mismo programa se ejecute en cualquier lugar de la memoria RAM, sin importar dónde esté disponible el espacio.

¿Qué es la Unidad de Manejo de Memoria (MMU)?

La traducción de las direcciones virtuales a las direcciones reales la realiza un componente de hardware llamado Unidad de Manejo de Memoria (MMU). La MMU es como un traductor muy rápido que convierte las direcciones que los programas entienden en las direcciones que la memoria RAM usa.

El sistema operativo es el encargado de decidir qué partes de la memoria de un programa se mantienen en la memoria RAM. También guarda unas tablas especiales (llamadas tablas de paginación) que la MMU usa para saber qué dirección virtual corresponde a qué dirección física.

Si la MMU detecta que la información no está en la RAM, el sistema operativo entra en acción. Busca un espacio libre en la RAM, trae la información que falta del disco duro, actualiza las tablas de traducción y permite que el programa siga ejecutándose desde donde se quedó.

Para que este proceso sea aún más rápido, la mayoría de los procesadores (CPU) tienen la MMU integrada y también guardan una pequeña tabla de las traducciones de direcciones que se han usado recientemente. Esta tabla se llama Translation Lookaside Buffer (TLB). El TLB ayuda a que la traducción sea casi instantánea, evitando tener que buscar en las tablas de traducción completas cada vez.

El hardware que soporta la memoria virtual también suele permitir la protección de memoria. Esto significa que la MMU puede controlar cómo se accede a la memoria (si se puede leer, escribir o ejecutar) y proteger el código y los datos importantes del sistema operativo para que no sean modificados por error por una aplicación. También ayuda a proteger las aplicaciones entre sí.

Memoria Virtual y Paginación

La memoria virtual se implementa casi siempre usando una técnica llamada paginación. En la paginación, la memoria se divide en bloques pequeños de tamaño fijo llamados "páginas". Cuando una dirección virtual se traduce a una dirección física, una parte de la dirección virtual se usa directamente, y la otra parte se usa para buscar en las tablas de paginación dónde se encuentra la página correspondiente en la memoria física.

Véase también

En inglés: Virtual memory Facts for Kids

• Paginación