带你学会物理内存和虚拟内存

Posted 2022-04-20 南淮北安

文章目录

• • 一、物理内存和虚拟内存的关系
  • 二、进程的虚拟地址空间如何分配？
  • 三、为什么引入虚拟内存？
  • 四、虚拟内存访问流程?

一、物理内存和虚拟内存的关系

物理内存：计算机实际的内存大小，也就是计算机安装内存条的大小

虚拟内存：是创建进程时分配的虚拟内存，是一个地址连续的地址空间

分配的虚拟内存：每个进程都认为自己拥有4G的空间，这只是每个进程认为的，但是实际上，在虚拟内存对应的物理内存上，可能只对应的一点点的物理内存，实际用了多少内存，就会对应多少物理内存。

二、进程的虚拟地址空间如何分配？

每个程序被运行起来之后，都会拥有自己独立的虚拟地址空间，虚拟地址空间的大小是由CPU的位数决定的，比如32位硬件平台决定了虚拟地址空间是4GB大小

1G：是内核空间，管理进程，内存等
3G：是用户空间，包括栈空间、堆空间、代码段等

操作系统会提供一种机制，能够将不同进程的虚拟地址空间与不同内存的物理地址映射起来，这样所有进程都不能直接访问物理内存，都只能访问自己的虚拟内存空间，提高了安全性

三、为什么引入虚拟内存？

利用虚拟内存技术让每个进程都有4GB 互不干涉的虚拟地址空间。

（1）避免用户直接访问物理内存地址，防止一些破坏性操作，保护操作系统

（2）每个进程都被分配了4GB的虚拟内存，用户程序可使用比实际物理内存更大的地址空间

（3）在程序需要分配连续空间的时候，只需要在虚拟内存分配连续空间，而不需要物理内存时连续的，实际上，往往物理内存都是断断续续的内存碎片。这样就可以有效地利用我们的物理内存

（4）当不同的进程使用同一段代码时，比如库文件的代码，在物理内存中可以只存储一份这样的代码，不同进程只要将自己的虚拟内存映射过去就好了，这样可以节省物理内存

四、虚拟内存访问流程?

当每个进程创建的时候，内核会为进程分配4G的虚拟内存，当进程还没有开始运行时，这只是一个内存布局。
实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码（比如.text .data段）拷贝到物理内存中，只是建立好虚拟内存和磁盘文件之间的映射就好（叫做存储器映射）。
这个时候数据和代码还是在磁盘上的。
当运行到对应的程序时，进程去寻找页表，发现页表中地址没有存放在物理内存上，而是在磁盘上，于是发生缺页异常，于是将磁盘上的数据拷贝到物理内存中。

寻找方法：把虚拟内存转成二进制，然后根据页面大小对其拆分可以找到页号，然后查询页表找到对应的物理页面，拿这个物理页面的首地址加上偏移量，就是对应的物理内存地址

缺页异常的处理办法：操作系统立即阻塞该进程，并将磁盘里对应的页换入内存，然后使该进程就绪，如果内存已经满了，没有空地方了，那就找一个页覆盖，至于具体覆盖的哪个页，就需要看操作系统的页面置换算法是怎么设计的了。