问“虚拟内存”和“交换空间”有什么区别？

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在superuser上有一个很好的虚拟内存的移植。

简单地说，虚拟内存是正在运行的进程可以使用的RAM和磁盘空间的组合。

交换空间是硬盘上的虚拟内存部分，在RAM已满时使用。

至于为什么32位CPU只能使用4 4gb的虚拟内存，here已经很好地解决了这个问题

根据定义，32位处理器使用32位来引用内存的每个字节的位置。2^32 =42亿，这意味着32位长的内存地址只能引用42亿个唯一位置(即4 GB)。

关于虚拟内存这个术语有些混淆，它实际上指的是以下两个截然不同的概念

分页使用磁盘分页来扩展计算机的物理内存量-正确的术语实际上是

2. ，这是各种操作系统/CPU使用的抽象概念，用于创建在单独的连续地址空间中运行的每个进程的假象。

交换空间，即OTOH，是不使用时用于存储额外RAM页的磁盘部分的名称。

一个重要的实现是，由于后者的硬件和操作系统支持，前者显然是可能的。

为了更好地理解这一切，您应该考虑CPU和操作系统如何支持“虚拟内存”(如定义2所示)。

假设您有一个32位指针(64位指针类似，但使用的机制略有不同)。一旦启用了"Virtual Memory“，处理器就认为这个指针分为三个部分。

• 最高的10位是页面目录条目
• 下面的10位是页面表条目
• 最后12位组成页面偏移量

现在，当中央处理器试图访问指针的内容时，它首先查询页面目录表-一个由1024个条目组成的表(在X86体系结构中，其位置由CR3寄存器指向)。10位页面目录条目是此表中的索引，它指向页表的物理位置。这又是另一个包含1024个条目的表，每个条目都是物理内存中的指针，以及几个重要的控制位。(我们将在稍后讨论这些内容)。一旦找到一页，最后12位用于查找该页内的地址。

还有许多更多的细节(TLB，大页面，PAE，选择器，页面保护)，但上面的简短解释抓住了事情的要点。

使用这种转换机制，OS可以为每个进程使用一组不同的物理页面，从而给每个进程一种拥有所有内存的错觉(因为每个进程都有自己的页面目录)

在此虚拟内存之上，操作系统还可以添加分页的概念。前面讨论的控制位之一允许指定条目是否“存在”。如果它不存在，则试图访问该条目将导致页面错误异常。OS可以捕获该异常并相应地采取行动。因此，支持交换/分页的OS可以决定从交换空间加载页面，修复转换表，然后再次发出内存访问。

这就是这两个术语结合在一起的地方，支持虚拟内存和分页的操作系统可以通过分页(交换)页面进出交换区域，给进程带来内存比实际存在的更多的错觉。

关于你的最后一个问题(为什么说32位CPU被限制为4 4GB虚拟内存)。这指的是定义2的“虚拟内存”，并且是指针大小的直接结果。如果CPU只能使用32位指针，那么您只有32位来表示不同的地址，这将为您提供2^32 =4 4GB的可寻址内存。

希望这能让事情变得更清楚一些。

将交换空间的概念等同于虚拟内存是非常容易误导的。VM是一个比交换空间更一般的概念。其中，VM允许进程在执行期间引用虚拟地址，这些地址在硬件和页表的支持下被转换为物理地址。因此，进程不关心系统有多少物理内存，也不关心指令或数据在物理内存层次结构中的实际驻留位置。VM允许此映射。被引用的项目(指令或数据)可以驻留在L1、L2或RAM中，或者最终驻留在磁盘上，在这种情况下，它被加载到主存储器中。

交换空间这只是辅助内存上的一个地方，当页面处于非活动状态时，页面就存储在这里。如果没有足够的RAM，操作系统可能决定换出进程的页面，以便为其他进程页面腾出空间。处理器从不执行指令或直接从交换空间读取/写入数据。

请注意，在没有VM的系统中也可以有交换空间。也就是说，直接访问物理地址的进程仍然可以将部分物理地址放在磁盘上。