虚拟内存

引入背景

操作系统中一种重要的存储管理技术就是虚拟内存技术。操作系统中允许进程同时运行，也就是并行。每个进程都有其相对独立的数据块（进程运行的过程中将对其进行读写操作）。理想的情况下，这些数据块都应该存放在内存中，这样才能实现高效的读写操作。但事实上，内存的容量有限，每个进程只能把一部分数据放在内存中，为了解决这个矛盾，提出了虚拟内存技术。

基本原理

虚拟内存技术的基本原理是：对进程而言，内存空间是无限大的，进程可以随意地读写数据，而对操作系统内部而言，利用外存来模拟扩充的内存空间，进程要求访问某个内存单元时，交由操作系统处理，操作系统首先在内存中查找该单元是否存在，如果存在，查找成功，否则转入外存查找（一定存在于外存中）。
就存储介质的物理性质而言，内存的访问速度相对于外存要快得多，因此对于每个进程来说操作系统应该把那些访问次数较多的数据存放在内存中，而把那些访问次数很少的数据放在外存中。

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的可用的内存（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。与没有使用虚拟内存技术的系统相比，使用这种技术的系统使得大型程序的编写变得更容易，对真正的物理内存（例如RAM）的使用也更有效率。

需要注意的是：虚拟内存不只是“用磁盘空间来扩展物理内存”的意思——这只是扩充内存级别以使其包含硬盘驱动器而已。把内存扩展到磁盘只是使用虚拟内存技术的一个结果，它的作用也可以通过覆盖或者把处于不活动状态的程序以及它们的数据全部交换到磁盘上等方式来实现。对虚拟内存的定义是基于对地址空间的重定义的，即把地址空间定义为“连续的虚拟内存地址”，以借此“欺骗”程序，使它们以为自己正在使用一大块的“连续”地址。

虚拟内存技术的实现

虚拟内存中，允许将一个作业分多次调入内存。釆用连续分配方式时，会使相当一部分内存空间都处于暂时或“永久”的空闲状态，造成内存资源的严重浪费，而且也无法从逻辑上扩大内存容量。因此，虚拟内存的实现需要建立在离散分配的内存管理方式的基础上。虚拟内存的实现有以下三种方式：

1）请求分页存储管理。 
2）请求分段存储管理。 
3）请求段页式存储管理。 

不管哪种方式，都需要有一定的硬件支持。一般需要的支持有以下几个方面：
1）一定容量的内存和外存。
2）页表机制（或段表机制），作为主要的数据结构。
3）中断机构，当用户程序要访问的部分尚未调入内存，则产生中断。
4）地址变换机构，逻辑地址到物理地址的变换。