物理内存与虚拟内存

物理内存就是你的机器本身内存了(如内存条的大小)。物理内存就是CPU的地址线可以直接进行寻址的内存空间大小。比如8086只有20根地址线,那么它的寻址空间就是1MB,我们就说8086能支持1MB的物理内存,及时我们安装了128M的内存条在板子上,我们也只能说8086拥有1MB的物理内存空间。同理我们现在大部分使用的是32位的机子,32位的386以上CPU就可以支持最大4GB的物理内存空间了。

虚拟内存技术,即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用,当内存占用完时,电脑就会自动调用硬盘来充当内存,以缓解内存的紧张。比如说当电脑要读取一个比物理内存还要大的文件时,就要用到虚拟内存,文件被内存读取之后就会先储存到虚拟内存,等待内存把文件全部储存到虚拟内存之后,就把虚拟内里储存的文件释放到原来的目录里了。

计算机的内存大小等于实际物理内存容量加上“分页文件”(就是交换文件)的大小。

RAM 就是高速缓存,通电就具有记忆功能,断电就失去,也就是运行内存,就是用来存放临时文件,而“内存”就是RAM的一种物理硬件,广义来说两者也可以说是同一概念。而虚拟内存是系统利用硬盘分出来的具有辅助内存工作的虚拟RAM,不是硬件,但又依靠硬盘。

内存就是RAM。虚拟内存并不是把硬盘当作内存,而是在硬盘上创建的交换文件。 当物理内存用完后,虚拟内存管理器选择最近没有用过的,低优先级的内存部分写到交换文件(页面文件)上,并将需要访问内存的程序的内容从页面文件中换入到物理内存。

正在运行的一个进程,他所需的内存是有可能大于内存条容量之和的,比如你的内存条是256M,你的程序却要创建一个2G的数据区,那么不是所有数据都能一起加载到内存(物理内存)中,势必有一部分数据要放到其他介质中(比如硬盘),待进程需要访问那部分数据时,在通过调度进入物理内存。所以,虚拟内存是进程运行时所有内存空间的总和,并且可能有一部分不在物理内存中,而物理内存就是我们平时所了解的内存条。有的地方呢,也叫这个虚拟内存为内存交换区。关键的是不要把虚拟内存跟真实的插在主板上的内存条相挂钩,虚拟内存它是“虚拟的”不存在,假的啦,它只是内存管理的一种抽象!

什么是虚拟内存地址和物理内存地址呢。假设你的计算机是32位,那么它的地址总线是32位的,也就是它可以寻址00xFFFFFFFF(4G)的地址空间,但如果你的计算机只有256M的物理内存0x0x0FFFFFFF(256M),同时你的进程产生了一个不在这256M地址空间中的地址,那么计算机该如何处理呢?回答这个问题前,先说明计算机的内存分页机制。 计算机会对虚拟内存地址空间(32位为4G)分页产生页(page),对物理内存地址空间(假设256M)分页产生页帧(page frame),这个页和页帧的大小是一样大的,所以呢,在这里,虚拟内存页的个数势必要大于物理内存页帧的个数。在计算机上有一个页表(page table),就是映射虚拟内存页到物理内存页的,更确切的说是页号到页帧号的映射,而且是一对一的映射。但是问题来了,虚拟内存页的个数 > 物理内存页帧的个数,岂不是有些虚拟内存页的地址永远没有对应的物理内存地址空间?不是的,操作系统是这样处理的。操作系统有个页面失效(page fault)功能。操作系统找到一个最少使用的页帧,让他失效,并把它写入磁盘,随后把需要访问的页放到页帧中,并修改页表中的映射,这样就保证所有的页都有被调度的可能了。这就是处理虚拟内存地址到物理内存的步骤。

什么是虚拟内存地址和物理内存地址?

虚拟内存地址由页号(与页表中的页号关联)和偏移量组成。页号就不必解释了,上面已经说了,页号对应的映射到一个页帧。那么,说说偏移量。偏移量就是我上面说的页(或者页帧)的大小,即这个页(或者页帧)到底能存多少数据。举个例子,有一个虚拟地址它的页号是4,偏移量是20,那么他的寻址过程是这样的:首先到页表中找到页号4对应的页帧号(比如为8),如果页不在内存中,则用失效机制调入页,否则把页帧号和偏移量传给MMU(CPU的内存管理单元)组成一个物理上真正存在的地址,接着就是访问物理内存中的数据了。总结起来说,虚拟内存地址的大小是与地址总线位数相关,物理内存地址的大小跟物理内存条的容量相关。

可以认为虚拟空间都被映射到了磁盘空间中,(事实上也是按需要映射到磁盘空间上,通过mmap),并且由页表记录映射位置,当访问到某个地址的时候,通过页表中的有效位,可以得知此数据是否在内存中,如果不是,则通过缺页异常,将磁盘对应的数据拷贝到内存中,如果没有空闲内存,则选择牺牲页面,替换其他页面。

mmap是用来建立从虚拟空间到磁盘空间的映射的,可以将一个虚拟空间地址映射到一个磁盘文件上,当不设置这个地址时,则由系统自动设置,函数返回对应的内存地址(虚拟地址),当访问这个地址的时候,就需要把磁盘上的内容拷贝到内存了,然后就可以读或者写,最后通过manmap可以将内存上的数据换回到磁盘,也就是解除虚拟空间和内存空间的映射,这也是一种读写磁盘文件的方法,也是一种进程共享数据的方法 共享内存

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