RAM, virtueller Speicher, Auslagerungsdatei und Speicherverwaltung in Windows

Dieser Artikel enthält grundlegende Informationen über die Implementierung des virtuellen Speichers in 32-Bit-Versionen von Windows. Diese Informationen betreffen Windows 2000, Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista und Windows Server 2008. (Da Windows Server 2008 R2 nur als 64-Bit-Version verfügbar ist, gelten diese Informationen nicht für diese Version.)

In modernen Betriebssystemen wie Windows verweisen Anwendungen und viele Systemprozesse immer mit virtuellen Speicheradressen auf Speicher. Virtuelle Speicheradressen werden automatisch von der Hardware in reale (RAM-) Adressen übersetzt. Nur zentrale Teile der Betriebssystemkerns umgehen Sie dieses Adressübersetzung und verwenden direkt reale Speicheradressen.

Virtueller Speicher wird selbst dann verwendet wird, wenn der Speicher, der von allen aktiven Prozessen benötigt wird, die Gesamtmenge an RAM, die auf dem System installiert ist, nicht überschreitet.

Eine erweiterte Version dieses Artikels steht im Windows-Blog von Bruce Sanderson zur Verfügung. Um diesen Artikel anzuzeigen, finden Sie auf den folgenden Blog-Website:

Prozesse und Adressräume

Allen Prozessen (z. B. ausführbaren Dateien von Anwendung), die unter 32-Bit-Versionen von Windows ausgeführt werden, werden virtuelle Speicheradressen (ein virtueller Adressraum) zwischen 0 und 4.294.967.295 zugewiesen (2 * 32-1 = 4 GB), unabhängig davon, wie viel RAM tatsächlich auf dem Computer installiert ist.

In der Standardkonfiguration von Windows sind 2 Gigabyte (GB) dieses virtuellen Adressraums für den privaten Gebrauch der einzelnen Prozesse bestimmt, und die anderen 2 GB werden gemeinsam von allen Prozessen und vom Betriebssystem genutzt. Anwendungen (z. B. Editor, Word, Excel und Acrobat Reader) verwenden in der Regel nur einen Bruchteil der 2 GB privaten Adressraums. Das Betriebssystem weist RAM-Seitenrahmen nur den Seiten des virtuellen Speichers zu, die verwendet werden.

PAE (Physical Address Extension) ist das Feature der Intel 32-Bit-Architektur, mit der die physische Arbeitsspeicheradresse (RAM-Adresse) auf 36 Bits erweitert wird. PAE ändert nicht die Größe des virtuellen Adressraums (das bei 4 GB ist), aber nur die Menge der tatsächlichen RAM, die vom Prozessor adressiert werden können. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Artikel der Microsoft Knowledge Base: Die Übersetzung zwischen der 32-Bit-Adresse des virtuellen Speichers, die von dem in einem Prozess ausgeführten Code verwendet wird, und der 36-Bit-RAM-Adresse erfolgt automatisch und transparent durch die Computerhardware nach Übersetzungstabellen, die vom Betriebssystem gepflegt werden. Jede Seite des virtuellen Speichers (32-Bit-Adresse) kann mit einer beliebigen physischen RAM-Seite (36-Bit-Adresse) verknüpft werden.

Die folgende Liste beschreibt, wie viel RAM die verschiedenen Windows-Versionen und Editionen (Stand: Mai 2010) unterstützen:

Auslagerungsdatei

RAM ist eine begrenzte Ressource, während der virtuelle Speicher für die meisten praktischen Anwendungen unbegrenzt ist. Es können viele Prozesse vorhanden sein, und jeder Prozess verfügt über einen eigenen privaten virtuellen Adressraum von 2 GB. Wenn der von den vorhandenen Prozessen verwendete Speicher den verfügbaren RAM übersteigt, verschiebt das Betriebssystem Seiten (4-KB-Blöcke) von einem virtuellen Adressraum oder mehreren virtuellen Adressräumen auf die Festplatte des Computers. Dadurch wird der betreffende RAM-Rahmen für andere Zwecke freigegeben. In Windows-Systemen werden diese "ausgelagerten" Seiten in einer oder mehreren Dateien (Pagefile.sys) im Stammverzeichnis einer Partition gespeichert. In jeder Datenträgerpartition kann eine solche Datei vorhanden sein. Die Position und Größe der Auslagerungsdatei ist in konfiguriert Systemeigenschaften (klicken Sie auf Erweitert, klicken Sie auf Leistung, und klicken Sie dann auf die Einstellungen Schaltfläche ").

Benutzer möchten häufig wissen "wie groß soll ich die Auslagerungsdatei machen ?" Diese Frage kann nicht allgemein beantwortet werden, da die Antwort von der Größe des installierten Arbeitsspeichers und dem Speicherbedarf der jeweiligen Arbeitsauslastung abhängt. Wenn keine weiteren Informationen verfügbar sind, ist die typische Empfehlung des 1,5-fachen des installierten Arbeitsspeichers ein guter Ausgangspunkt. Auf Serversystemen sollte in der Regel ausreichend RAM verfügbar sein, sodass nie ein Mangel auftritt und die Auslagerungsdatei im Grunde nicht verwendet wird. Auf diesen Systemen ist es nicht sinnvoll, eine sehr große Auslagerungsdatei beizubehalten. Wenn andererseits reichlich Speicherplatz auf dem Datenträger vorhanden ist (z. B. das 1,5-fache des installierten Arbeitsspeichers) , dann verursacht die Verwaltung einer großen Auslagerungsdatei keine Probleme, und in diesem Fall müssen Sie sich auch keine Gedanken über die Festlegung deren Größe machen.

Performance, Architektur und RAM

Für jedes Computersystem gilt, dass die Leistung mit zunehmender Auslastung (Anzahl der Benutzer, Arbeitsvolumen) abnimmt, sie sinkt jedoch nicht linear. Wenn sich die Auslastung oder der Speicherbedarf über einen bestimmten Punkt hinaus erhöht, führt dies zu einer erheblichen Verschlechterung der Leistung. Dies bedeutet, dass einige Ressource sehr knapp werden und einen Engpass darstellen.

An einem bestimmten Punkt kann die knappe Ressource nicht mehr bereitgestellt werden. Dies bedeutet, dass eine architektonische Begrenzung erreicht wurde. Folgendes sind einige der häufig gemeldeten architektonischen Größeneinschränkungen in Windows:

• 2 GB gemeinsam genutzter virtueller Adressraum für das System (Kernel)
• 2 GB privater virtueller Adressraum pro Prozess (Benutzermodus)
• 660 MB System-PTE-Speicher (Windows Server 2003 und früher)
• 470 MB ausgelagerter Pool-Speicher (Windows Server 2003 und früher)
• 256 MB nicht ausgelagerter Pool-Speicher (Windows Server 2003 und früher)

Dies gilt insbesondere für Windows Server 2003, es kann aber auch für Windows XP und Windows 2000 gelten. Allerdings gelten für Windows Vista, Windows Server 2008 und Windows 7 nicht alle diese architektonischen Grenzen. Die Grenzwerte für Benutzer- und Kernel-Speicher (hier an erster und zweiter Stelle genannt) sind identisch, aber die Kernel-Ressourcen, z. B. PTEs und verschiedene Speicherpools, sind dynamisch. Diese neue Funktionalität ermöglicht ausgelagerten und nicht ausgelagerten Speicher. Dadurch können auch PTEs und Sitzungspool über die weiter oben besprochenen Grenzen hinaus bis zu dem Punkt wachsen, an dem der gesamte Kernel erschöpft ist.

Häufig werden Aussagen gemacht und zitiert, wie z. B. die Folgende:Dies kann in einigen Fällen wahr sein. Sie müssen Sie Ihr System jedoch überwachen, um zu wissen, ob diese Aussagen auf Ihr System zutreffen oder nicht. In einigen Fällen sind diese Aussagen Schlussfolgerungen aus bestimmten Windows NT 4.0- oder Windows 2000-Umgebungen und gelten nicht unbedingt für Windows Server 2003. In Windows Server 2003 wurden erhebliche Änderungen vorgenommen, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass diese architektonischen Grenzen in der Praxis tatsächlich erreicht werden. Beispielsweise wurden einige Prozesse, die im Kernel ausgeführt werden, in Nicht-Kernel-Prozesse verschoben, damit weniger Speicherplatz im gemeinsam genutzten virtuellen Adressraum benötigt wird.

Überwachen der Verwendung von Arbeitsspeicher und virtuellem Speicher

Systemmonitor ist das Haupttool zur Überwachung der Systemleistung und Identifizierung der Position von Engpässen. Um Systemmonitor zu starten, klicken Sie aufStart, klicken Sie auf Systemsteuerung, klicken Sie auf Verwaltung, und doppelklicken Sie dann auf Systemmonitor. Hier ist eine Übersicht über einige wichtige Leistungsindikatoren und was sie aussagen:

• Speicher, Zugesicherte Bytes: Dieser Leistungsindikator ist ein Maß für den Bedarf an virtuellem Speicher.
  
  Dieser Wert zeigt, wie viele Bytes von Prozessen belegt wurden, denen das Betriebssystem einen RAM-Seitenrahmen oder einen Seitenblock in der Auslagerungsdatei (oder vielleicht beides) zugesichert hat. Als Zugesicherte Bytes größer als der verfügbare Arbeitsspeicher wächst Paging erhöht und erhöht auch die Größe die Auslagerungsdatei, die verwendet wird. Igendwann beginnen die Auslagerungsaktivitäten, die Leistung erheblich zu beeinträchtigen.
• Prozess Arbeitsseiten, _Total: Dieser Leistungsindikator ist ein Maß für den virtuellen Speicher, der "aktiv" genutzt wird.
  
  Dieser Zähler zeigt, wie viel RAM ist erforderlich, so dass der virtuelle Speicher verwendet wird, für alle Prozesse im RAM ist. Dieser Wert ist immer ein Vielfaches von 4.096, die die Seitengröße, die in Windows verwendet wird. Wenn der Bedarf an virtuellen Speicher über den verfügbaren RAM hinaus wächst, passt das Betriebssystem an, wie viel virtueller Speicher des Prozesses in den Arbeitsseiten zugeordnet wird, um die Nutzung des verfügbaren RAMs zu optimieren und die Auslagerungsaktivitäten zu minimieren.
• Auslagerungsdatei , %pagefile verwendet: Dieser Leistungsindikator ist ein Maß dafür, zu welchem Anteil die Auslagerungsdatei tatsächlich verwendet wird.
  Verwenden Sie diesen Leistungsindikator, um zu bestimmen, ob die Auslagerungsdatei eine geeignete Größe hat. Wenn dieser Indikator 100 erreicht, ist die Auslagerungsdatei voll und das System funktioniert dann nicht mehr. Je nach Volatilität Ihrer Arbeitsauslastung, sollten Sie die Auslagerungsdatei so bemessen, dass im Allgemeinen nicht mehr als 50 bis 75 Prozent verwendet werden. Wenn ein Großteil der Auslagerungsdatei verwendet wird, kann mit mehr als einem auf unterschiedlichen physischen Datenträgern Leistungssteigerung.
• Speicher, Seiten/s: Dieser Leistungsindikator ist eine der am häufigsten missverstandenen Maße.
  
  Ein hoher Wert für diesen Leistungsindikator bedeutet nicht notwendigerweise, dass ein Leistungsengpass durch einen Mangel an RAM verursacht wird. Das Betriebssystem verwendet das Paging-System für andere Zwecke als zur Auslagerung von Seiten, weil zu viel Speicher zugesichert wurde.
• Speicher, Seiten/s: Dieser Leistungsindikator zeigt, wie viele Seiten des virtuellen Speichers pro Sekunde in die Auslagerungsdatei geschrieben wurden, um RAM-Seitenrahmen für andere Zwecke freizusetzen.
  
  Diesen Indikator sollten Sie überwachen, wenn Sie vermuten, dass ein Leistungsengpass durch Auslagerungsaktivitäten verursacht wird. Auch wenn Zugesicherte Bytes ist größer als der installierten RAM, wenn Seiten/s nicht ausreicht oder 0 (null) in den meisten Fällen, besteht kein Problem erheblichen Beeinträchtigung der Leistung von nicht genügend Arbeitsspeicher.
• Speicher Cachebytes,
  Speicher, Auslagerungsfähige Poolseiten,
  Speicher, Paged Pool Bytes,
  Speicher, Systemcode: Gesamtanzahl Bytes
  Speicher, Systemtreiber: Gesamtanzahl Bytes:
  Die Summe dieser Indikatoren ist ein Maß, welcher Anteil der 2 GB des gemeinsam genutzten Teils des virtuellen Adressraums von 4 GB tatsächlich verwendet wird. Verwenden Sie diese Indikatoren, um festzustellen, ob Ihr System eine der architektonischen Grenzen erreicht, die weiter oben erläutert wurden.
• Speicher, verfügbare MB: Dieser Leistungsindikator misst, wie viel RAM zur Erfüllung der Anforderungen für den virtuellen Speicher verfügbar ist (entweder neuen Zuordnungen oder bei der Wiederherstellung von einer Seite aus der Auslagerungsdatei).
  
  Wenn Arbeitsspeicher knapp ist (z. B. Zugesicherte Bytes ist größer als der installierten RAM), versucht das Betriebssystem, einen bestimmten Bruchteil des installierten Arbeitsspeichers für die sofortige Verwendung verfügbar zu halten, indem die Seiten des virtuellen Speichers, die nicht aktiv verwendet werden, in die Auslagerungsdatei kopiert werden. Daher erreicht dieser Indikator nicht 0 (Null) und ist nicht unbedingt ein guter Indikator dafür, ob in Ihrem System zu wenig RAM verfügbar ist.

Weitere Informationen zu diesen Themen finden Sie auf der folgenden Microsoft-Websites und Blogserver-Websites:

• Microsoft Windows Internals, 4. Auflage: Microsoft Windows Server ? 2003, Windows XP und Windows 2000
  (http://www.microsoft.com/MSPress/books/6710.aspx)
• AskPerf Blog: Eine Übersicht über die Problembehandlung bei Speicher
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2008/01/25/an-overview-of-troubleshooting-memory-issues.aspx)
• AskPerf Blog: Speichermanagement - x86 Virtueller Adressraum
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2007/09/28/memory-management-x86-virtual-address-space.aspx)
• AskPerf Blog: Eine Übersicht über die Problembehandlung bei Speicher
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2008/01/25/an-overview-of-troubleshooting-memory-issues.aspx)
• AskPerf Blog: Eine Übersicht über Problembehandlung Speicherprobleme - Teil 2
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2008/01/29/an-overview-of-troubleshooting-memory-issues-part-two.aspx)
• AskPerf Blog: Speichermanagement - die Enträtselung der/3 GB
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2007/03/23/memory-management-demystifying-3gb.aspx)
• Microsoft Knowledge Base-Artikel 177415
  (http://support.microsoft.com/kb/177415/ )
  : Wie Sie die Überwachung des Speicherpools (Poolmon.exe) verwenden, um die Kernel-Modus-Speicherproblemen von Speicherverlusten
• Microsoft Knowledge Base-Artikel 294418
  (http://support.microsoft.com/kb/294418/ )
  : Vergleich von 32-Bit und 64-Bit-Speicherarchitektur für die 64-Bit-Editionen von Windows XP und Windows Server 2003
• http://blogs.technet.com/askperf/archive/2008/02/07/WS2008-Memory-Management-Dynamic-Kernel-Addressing-Memory-Priorities-and-i-o-Handling.aspx
  (http://blogs.technet.com/askperf/archive/2008/02/07/ws2008-memory-management-dynamic-kernel-addressing-memory-priorities-and-i-o-handling.aspx)
• Intel Physical Addressing Extensions (PAE) in Windows 2000
  http://support.Microsoft.com/default.aspx?scid=KB;DE-DE; 268363
  (http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;EN-US;268363)
• Großer Arbeitsspeicher wird nun in Windows 2000 und Windows Server 2003 unterstützt
  http://support.Microsoft.com/default.aspx?scid=kb;de-de;283037
  (http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;en-us;283037)
• Beschreibung der 4 GB RAM Tuning-Funktion und der Option zur physikalischen Adresserweiterung
  http://support.Microsoft.com/default.aspx?kbid=291988
  (http://support.microsoft.com/default.aspx?kbid=291988)
• Address Windowing Extensions
  http://msdn2.Microsoft.com/de-de/library/Aa366527.aspx
  (http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/Aa366527.aspx)
• PAE-Design
  http://www.Microsoft.com/whdc/System/Platform/Server/PAE/default.mspx
  (http://www.microsoft.com/whdc/system/platform/server/pae/default.mspx)
• Speicherunterstützung und Windows-Betriebssysteme
  http://www.Microsoft.com/whdc/System/Platform/Server/PAE/PAEmem.mspx
  (http://www.microsoft.com/whdc/system/platform/server/PAE/PAEmem.mspx)