内存管理：虚拟地址空间以及编译模式

Posted 2021-03-08 xiaobaizzz

虚拟地址空间：就是程序可以使用的虚拟地址的有效范围。虚拟地址空间的大小由操作系统决定，但还会受到编译模式的影响。

• CPU的数据处理能力
  • 地址总线：用于在内存上定位数据，例如：地址总线有20根，寻址能力为2^20 = 1MB
  • 数据总线：位于主板之上，不在CPU中,用于在CPU和内存之间传输数据。决定了CPU单次的数据处理能力。（64位 = 寄存器的位数 = 数据总线的宽度）
  • 主频：决定了CPU单位时间内的数据处理次数。（4GHz）
  • 数据总线 × 主频 = CPU单位时间内的数据处理量。
• 实际支持的物理内存
  • CPU支持的物理内存只是理论上的数据，实际应用中还会受到操作系统的限制。
• 编译模式
  • 为了兼容不同的平台，现代编译器都支持两种编译模式：32位模式和64位模式
  • 32位编译模式：
    • 一个指针或地址占用4个字节的内存，共32位。理论上能够访问的虚拟内存空间大小为2^32 = 4GB，有效虚拟地址范围是0 - 0XFFFFFFFF。
    • 换句话说，程序能够使用的最大内存为4GB，跟物理内存没有关系。
    • 如果程序需要的内存大于物理内存，或者内存中剩余的空间不足，操作系统会将内存中暂时用不到的数据写入磁盘，等需要的时候再读取回来。
    • 如果物理内存大于4GB，程序也只能使用4GB
  • 64位编译模式：
    • 一个指针或地址占用8个字节的内存，共64位。理论上能够访问的虚拟内存空间大小为2^64。
    • 因为2^64的虚拟内存空间太大了，Windows和Linux都对虚拟地址进行了限制，仅使用虚拟地址的低48位（6个字节）， 2^48 = 256TB
  • 注意：
    • 64位的CPU运行64位的程序才能发挥它的最大性能，运行32位的程序会白白浪费一部分资源。

    #include<iostream>
    using namespace std;
    
    int a;
    int main(){
        int *p = &a;
        cout << "p = " << p << " -> " << sizeof(int*) << "位" << endl;
        return 0;
    }

    /*运行结果*/
    p = 0x491020 -> 4位 //32位编译模式
    p = 0x4a7030 -> 8位 //64位编译模式