虚拟内存 | JuZi

1概念介绍

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换

物理内存：计算机实际的内存空间，物理内存也叫主内存，RAM。CPU只能和RAM进行数据交互，每个执行的程序，必须将数据从磁盘中拷贝到物理内存中才能运行。

程序加载到物理内存中才能运行，有时我们需要加载整个程序，但有时我们只需要加载程序被调用的一部分，这个过程叫做动态加载。

CPU 对内存的寻址最简单的方式就是直接使用物理内存地址，这种方式一般叫做物理寻址。早期的 PC 使用物理寻址。

物理寻址的好处是简单，坏处是不安全，操作系统的地址直接暴露给用户程序，用户程序可以破坏操作系统。

这种解决方案是采用特殊的硬件保护；还有同时运行多个程序比较困难：多个用户程序如果都直接引用物理地址，很容易互相干扰。

虚拟内存的基本思想是，每个程序都有自己的地址空间，这个地址空间被划分为多个称为页面(page) 的块。每一页都是连续的地址范围。这些页通过内存管理单元(MMU)被映射到物理内存。

当程序引用到一部分在物理内存中的地址空间时,硬件会立刻执行必要的映射。当程序引用到一部分不在物理内存中的地址空间时，由操作系统负责将缺失的部分装入物理内存并重新执行失败的指令。

引入虚拟内存可在较小的可用内存中执行较大的用户程序；提供给用户可用的虚拟内存空间通常大于物理内存，可在内存中容纳更多程序并发执行。

内存虚拟化是为了解决两个突出问题：

分页式

进程页表:完成虚拟地址到物理地址的映射。每个进程有一个页表，描述该进程占用的物理页面及逻辑排列顺序。页表存储在内存里，内存管理单元（MMU）将虚拟内存地址转换成物理地址的工作。