在上一个系列里，我们介绍和了解了 Linux系统 的五大模块之一的文件系统模块。
上个系列的传送门：Linux文件系统模块大完结！
这个系列，我们就来介绍 Linux系统 的五大模块之一的内存管理模块。
首先，我们还是从离用户最近的角度开始思考一下
1、用户在使用软件的时候在软件的内存方面，有什么最基本、最通用的需要呢
第一、肯定是我的数据不能随便泄露、软件不能随便崩溃
第二、需要软件的运行越流畅越好
2、我们在内存角度能怎么满足这些需要呢？
1 - 内存隔离： 确保每个进程都拥有独立的地址空间，防止进程之间的非法访问。
2 - 内存保护： 通过权限设置防止进程访问未授权的内存区域。
3 - 内存扩展：利用磁盘空间作为虚拟内存，当物理内存不足时，可以将部分不常用的数据交换到磁盘上。
4 - 资源共享：允许多个进程共享同一块物理内存，如共享库。
5 - 缓存优化：利用内存作为高速缓存，提高I/O效率。
其中，1 和 2 满足了用户的第一个需求，3、4、5 满足了用户的第二个需求。
用户空间虚拟内存管理分别用什么方法满足需求的呢？
1、将不同的程序分隔开不就隔离了吗 - 进程地址空间 和 页表机制 实现内存隔离
要了解内存隔离的实现，我们先要来了解一下进程地址空间和内存分页：
内存分页：
首先我们来看下左边的内存分页对应着右边的内存条内存的划分。
它把完整的内存条划分为一大堆 4KB 大小物理内存页。每个虚拟内存页又对应了一个物理内存页。
进程地址空间：
它以虚拟内存为基础，它是系统为每个运行中的进程所分配的一段连续的、虚拟的内存区域。
这个区域包含了进程可以访问的所有内存地址，通常被划分为多个部分，以支持不同的内存使用需求，如代码段、数据段、堆段和栈段等。
页表机制
它记录了虚拟内存页与物理内存页之间的映射关系。
由于每个进程都有自己的页表，因此它们的地址空间是相互隔离的。
通过这三个方法，系统实现了不同进程间的内存隔离
2、如果有“坏进程”要搞事看其他进程的内存怎么办？- 权限位和异常处理来制服它
制服搞事的“坏进程”需要权限位和异常处理两大保障。
权限位：
每个虚拟内存的页表的页表项都包含了访问权限位，用于指定该页是否可以读、写或执行。
当进程试图访问某个内存页时，操作系统会检查页表项中的权限位，以确保访问是合法的。
异常处理：
如果进程试图访问一个未映射或权限不足的虚拟内存页，会引发缺页异常。
操作系统会捕获这个异常，并根据情况进行处理，如分配新的物理内存页、加载磁盘上的数据或终止进程等。
3、那用户电脑的内存条就这么大了，有没有办法让程序能正常运行？- 内存扩展
如果内存条不够用了，我们怎么扩展内存呢？
这时有个最简便的方法就是：让他们少用点内存啊！
但是如果还不够怎么办？
我们可以想到一种办法来“扩展”物理内存 - 那就是拿一部分外存（硬盘）当内存来用呀！
少用点内存 - 让程序自己节约点
Linux 提供了动态内存分配机制，如 malloc 和 free 函数，允许进程在运行时根据需要请求和释放内存。
“扩展”物理内存 - 用外存当内存用
当物理内存不足时，Linux 会将部分不常用的内存页交换到磁盘上的交换空间中，以释放物理内存供其他进程使用。
这样就像是魔术一样“凭空”增加了物理内存容量
4、那前面的优化措施做完了，能不能用户做 PPT 的时候再快一点？- 资源共享
当然可以，这就要用到资源共享了。可以共享内存也可以共享文件映射
几个程序一起用一块内存 - 共享内存
需要注意的是，我们在编程的时候注册的共享内存块使用的是虚拟内存地址。
这样方便我们在不同的程序中读取同一块内存。
像访问内存一样读写文件 - 内存映射文件
Linux 允许将文件映射到进程的地址空间中，这样进程就可以像访问内存一样访问文件数据。
这种机制使得文件读写操作更加高效，并且支持多个进程共享同一个文件映射区域。
5、那用户还是想再快一点，还有没有什么方法了？
当然是有的，这个方法就是常见的“加缓存”啦。
把要用的文件缓存在内存中 - 页缓存
Linux内核 维护了一个页缓存，用于缓存磁盘上的文件数据。
当进程访问文件时，如果数据已经在页缓存中，就可以直接从缓存中读取，而无需访问磁盘。
这样可以显著提高文件读写性能。
读时共享，写时复制
当多个进程共享同一块内存时，只有在某个进程尝试写入这块内存时才会复制这个内存页。
这样可以减少不必要的内存复制操作，提高内存利用率。
既然讲完了用户空间虚拟内存管理，那肯定也有内核的虚拟空间管理，咱们下次就来聊聊内核怎么管理自己的虚拟内存空间的
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