虚拟地址和物理地址

物理地址

物理内存中的真实地址

逻辑地址

指机器语言指令中用来指定一个操作数或一条指令的地址,由一个段(segment)和偏移量(offset)组成,说地直白点就是CPU拿到的地址

虚拟地址

每个进程所使用的地址,即虚拟内存中的地址。

虚拟内存

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。
注意: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。

 

从进程的角度理解虚拟内存

1.  每个进程都有自己独立的4G内存空间,各个进程的内存空间具有类似的结构。每个进程的4G内存空间只是虚拟内存空间,每次访问内存空间的某个地址,都需要把地址翻译为实际物理内存地址。

2.  一个新进程建立的时候,将会建立起自己的内存空间,此进程的数据,代码等从磁盘拷贝到自己的进程空间,哪些数据在哪里,都由进程控制表中的task_struct记录,task_struct中记录中一条链表,记录中内存空间的分配情况,哪些地址有数据,哪些地址无数据,哪些可读,哪些可写,都可以通过这个链表记录。

4. 进程要知道哪些内存地址上的数据在物理内存上,哪些不在,还有在物理内存上的哪里,需要用页表来记录。 页表的每一个表项分两部分,第一部分记录此页是否在物理内存上,第二部分记录物理内存页的地址(如果在的话)。当进程访问某个虚拟地址,去看页表,如果发现对应的数据不在物理内存中,则缺页异常。缺页异常的处理过程,就是把进程需要的数据从磁盘上拷贝到物理内存中,如果内存已经满了,没有空地方了,那就找一个页覆盖,当然如果被覆盖的页曾经被修改过,需要将此页写回磁盘。

3.  每个进程已经分配的内存空间,都与对应的磁盘空间映射。

优点

1.既然每个进程的内存空间都是一致而且固定的,所以链接器在链接可执行文件时,可以设定内存地址,而不用去管这些数据最终实际的内存地址,这是有独立内存空间的好处

2.当不同的进程使用同样的代码时,比如库文件中的代码,物理内存中可以只存储一份这样的代码,不同的进程只需要把自己的虚拟内存映射过去就可以了,节省内存

3.在程序需要分配连续的内存空间的时候,只需要在虚拟内存空间分配连续空间,而不需要实际物理内存的连续空间,可以利用碎片。

另外,事实上,在每个进程创建加载时,内核只是为进程“创建”了虚拟内存的布局,具体就是初始化进程控制表中内存相关的链表,实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码(比如.text .data段)拷贝到物理内存中,只是建立好虚拟内存和磁盘文件之间的映射就好(叫做存储器映射),等到运行到对应的程序时,才会通过缺页异常,来拷贝数据。还有进程运行过程中,要动态分配内存,比如malloc时,也只是分配了虚拟内存,即为这块虚拟内存对应的页表项做相应设置,当进程真正访问到此数据时,才引发缺页异常。

参考博客

https://www.cnblogs.com/dyllove98/archive/2013/06/12/3132940.html

https://www.zhihu.com/question/290504400/answer/485124116

原文地址:https://www.cnblogs.com/xumaomao/p/11961706.html