内存管理：程序是如何被优雅的装载到内存中

最新推荐文章于 2024-01-14 11:00:00 发布

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分类专栏：内存管理 Linux内核内核操作系统文章标签：内存管理 Linux内核内核开发嵌入式开发内核源码

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Linuxhus/article/details/126836511

本文探讨计算机内存管理，包括内存交换技术、内存碎片、动态增长等概念。通过位图法、链表法管理空闲内存，并介绍虚拟内存、页表、TLB快表和多级页表的工作原理，揭示了如何在有限内存中运行多个进程，特别是小内存运行大程序的机制。

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内存作为计算机中一项比较重要的资源，它的主要作用就是解决CPU和磁盘之间速度的鸿沟，但是由于内存条是需要插入到主板上的，因此对于一台计算机来说，由于物理限制，它的内存不可能无限大的。我们知道我们写的代码最终是要从磁盘被加载到内存中的，然后再被CPU执行，不知道你有没有想过，为什么一些大型游戏大到10几G，却可以在只有8G内存的电脑上运行？甚至在玩游戏期间，我们还可以聊微信、听音乐...，这么多进程看着同时在运行，它们在内存中是如何被管理的？带着这些疑问我们来看看计算系统内存管理那些事。

如果文章实在理解不透彻的同学，这里整理了2个相关视频讲解：

深入讲解Linux内核内存管理（第一节）

深入讲解Linux内核内存管理 ( 第二节）

Linux内核其他知识点内容讲解免费学习地址：Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈

内存的交换技术

如果我们的内存可以无限大，那么我们担忧的问题就不会存在，但是实际情况是往往我们的机器上会同时运行多个进程，这些进程小到需要几十兆内存，大到可能需要上百兆内存，当许许多多这些进程想要同时加载到内存的时候是不可能的，但是从我们用户的角度来看，似乎这些进程确实都在运行呀，这是怎么回事？

这就引入要说的交换技术了，从字面的意思来看，我想你应该猜到了，它会把某个内存中的进程交换出去。当我们的进程空闲的时候，其他的进程又需要被运行，然而很不幸，此时没有足够的内存空间了，这时候怎么办呢？似乎刚刚那个空闲的进程有种占着茅坑不拉屎的感觉，于是可以把这个空闲的进程从内存中交换到磁盘上去，这时候就会空出多余的空间来让这个新的进程运行，当这个换出去的空闲进程又需要被运行的时候，那么它就会被再次交换进内存中。通过这种技术，可以让有限的内存空间运行更多的进程，进程之间不停来回交换，看着好像都可以运行。

如图所示，一开始进程A被换入内存中，所幸还剩余的内存空间比较多，然后进程B也被换入内存中，但是剩余的空间比较少了，这时候进程C想要被换入到内存中，但是发现空间不够了，这时候会把已经运行一段时间的进程A换到磁盘中去，然后调入进程C。

内存碎片

通过这种交换技术，交替的换入和换出进程可以达到小内存可以运行更多的进程，但是这似乎也产生了一些问题，不知道你发现了没有，在进程C换入进来之后，在进程B和进程C之间有段较小的内存空间，并且进程B之上也有段较小的内存空间，说实话，这些小空间可能永远没法装载对应大小的程序，那么它们就浪费了，在某些情况下，可能会产生更多这种内存碎片。