虚拟内存

虚拟内存

为什么要虚拟内存

以32位系统为例，我们可用的物理内存大小为4GB。假设我们的计算机没有使用虚拟内存技术，我们想同时运行多个应用程序，那么我们要确保这些应用程序能完全放到4GB的内存中，否则就不能同时运行。虽然在任一时刻我们同时运行的这些程序真正使用的内存远远不足4GB，但还是不能运行更多的程序。这就带来第一个问题：内存资源不能被充分利用。另外，由于多个进程共享内存资源，很有可能一个进程会修改被另一个程序占用的内存内容，从而对其他进程造成了破坏。这就带来了第二个问题：进程之间内存互相篡改的安全问题。

为了解决这两个问题，操作系统使用了虚拟内存的技术来简化管理和保护内存。

什么是虚拟内存

虚拟内存是一种地址扩展技术，它建立了虚拟地址系统，通过MMU管理物理地址和虚拟地址之间的转换。它为每个进程提供了一个大的、一致的、独立私有的、连续的虚拟地址空间，这给每个进程一种独占整个内存的错觉。

虚拟内存的作用

1. 简化链接：在进行链接时，不需要考虑内存中的其他应用程序，因为进程地址空间是独立的，所以只需要利用虚拟地址的相对偏移链接即可。
2. 简化加载：加载程序时，不需要将整个程序加载到内存中，只需要创建一个页表，并将页表里的编号指向磁盘，当CPU访问到具体的代码时，按需从磁盘加载数据到内存即可。
3. 简化共享：对于一些共享库，只需要在物理内存中保留一份，然后将需要使用共享库的进程的对应页表项指向同一个物理地址。
4. 简化内存分配：使用malloc分配内存时，只要保证有连续的虚拟页即可，其可以映射到任意可用物理内存。
5. 提供安全隔离保护：通过PTE设置许可位，只有符合权限的才可以访问/修改，从而保证进程之间的内存隔离。

参考链接

[1] https://blog.youkuaiyun.com/qq_40182703/article/details/81949231
[2] https://www.jianshu.com/p/baf3a13c47db