一 為什么需要使用虛擬內(nèi)存

??? 大家都知道，進程需要使用的代碼和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存中，比放在外存中要快很多。問題是內(nèi)存空間太小了，不能滿足進程的需求，而且現(xiàn)在都是多進程，情況更加糟糕。所以提出了虛擬內(nèi)存，使得每個進程用于3G的獨立用戶內(nèi)存空間和共享的1G內(nèi)核內(nèi)存空間。（每個進程都有自己的頁表，才使得3G用戶空間的獨立）這樣進程運行的速度必然很快了。而且虛擬內(nèi)存機制還解決了內(nèi)存碎片和內(nèi)存不連續(xù)的問題。為什么可以在有限的物理內(nèi)存上達到這樣的效果呢？

二 虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)機制

??? 首先呢，提一個概念，交換空間（swap space），這個大家應該不陌生，在重裝系統(tǒng)的時候，會讓你選擇磁盤分區(qū)，就比如說一個硬盤分幾個部分去管理。其中就會分一部分磁盤空間用作交換，叫做swap space。其實就是一段臨時存儲空間，內(nèi)存不夠用的時候就用它了，雖然它也在磁盤中，但省去了很多的查找時間啊。當發(fā)生進程切換的時候，內(nèi)存與交換空間就要發(fā)生數(shù)據(jù)交換一滿足需求。所以啊，進程的切換消耗是很大的，這也說明了為什么自旋鎖比信號量效率高的原因。

??? 那么我們的程序里申請的內(nèi)存的時候，linux內(nèi)核其實只分配一個虛擬內(nèi)存（?線性地址），并沒有分配實際的物理內(nèi)存。只有當程序真正使用這塊內(nèi)存時，才會分配物理內(nèi)存。這就叫做延遲分配和請頁機制。釋放內(nèi)存時，先釋放線性區(qū)對應的物理內(nèi)存，然后釋放線性區(qū)；"請頁機制"將物理內(nèi)存的分配延后了，這樣是充分利用了程序的局部性原來，節(jié)約內(nèi)存空間，提高系統(tǒng)吞吐；就是說一個函數(shù)可能只在物理內(nèi)存中呆了一會，用完了就被清除出去了，雖然在虛擬地址空間還在。（不過虛擬地址空間不是事實上的存儲，所以只能說這個函數(shù)占據(jù)了一段虛擬地址空間，當你訪問這段地址時，就會產(chǎn)生缺頁處理，從交換區(qū)把對應的代碼搬到物理內(nèi)存上來）

三 物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存的布局

左邊是物理地址分配，與實際的CPU相關(guān)。4KB的這些都是一些控制器所占有，比如lcdc sd卡，他們的寄存器地址就是這樣定死的。但是呢，我們要訪問這些寄存器的時候，還是不能直接用，要使用內(nèi)存管理的規(guī)則，使用虛擬地址去訪問它，所以在驅(qū)動等內(nèi)核程序中需要使用虛擬地址訪問寄存器。如果有人直接使用物理地址訪問寄存器，那么唯一的解釋就是沒有開mmu。不過這樣你的進程就沒有4G內(nèi)存可以用了。

物理地址分布：

這是偷的別人的圖啦，物理地址有896M直接映射到虛擬地址的內(nèi)存空間，這是一一對應的映射，只有起始地址不一樣，偏移是一樣的。這個大小大多是固定的，哪怕你的內(nèi)存超過一個G，太小了就另外說了。注意：用戶區(qū)的代碼也是放在這段物理地址里面的，就是說物理地址可以進行二次映射。但不管怎么樣，這段物理地址都是受內(nèi)核管理。當你內(nèi)存很大的時候，超過896M時，剩余的那些內(nèi)存怎么辦呢？這多出來的叫做高端內(nèi)存，如果你使用vmalloc申請空間，就會在高端內(nèi)存中分配，如果你使用kmalloc申請空間，就會在小于896的內(nèi)存中分配。所以還是很講究的啊！！如果你的程序需要使用高端內(nèi)存，就要調(diào)用內(nèi)核API來分配，所以高端內(nèi)存并不是想用就能用的哦。不過通過系統(tǒng)把一些應用常住在高端內(nèi)存到是個好注意。不過前提是你的內(nèi)存灰常大啊。

為什么要這樣做呢？先看看這里面放些什么？

虛擬地址分布：

關(guān)于0-3G用戶空間內(nèi)存的分布：

談到段式分布，就要說說邏輯地址，線性地址與物理地址的關(guān)系：

linux通過段機制把邏輯地址轉(zhuǎn)換為虛擬地址（就是線性地址），再通過頁機制把虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。所謂分段就是基址不同，偏移一樣，比如說32位，一般程序里面都不會使用這么多的位，可以把前12位用作基址，后20位用作偏移，這樣在特定段就可以只使用偏移尋址了。尋址很方便，不過linux頁基址做的更好。

最后呢再說幾個點：

1 線性地址空間：指linux系統(tǒng)中的虛擬地址空間。

2 cpu尋址是屬于物理地址。所以在使用cpu尋址前要把地址轉(zhuǎn)換好。

3 物理內(nèi)存中的高端內(nèi)存是DDR減去896M后多出來的那一段。虛擬地址里面的高端內(nèi)存是指用于映射高端內(nèi)存的虛擬地址空間。不過高端內(nèi)存被映射到用戶空間，那就是另外一回事了吧。

4 內(nèi)核空間是可以訪問用戶空間的，級別高就是好啊。不過不是通過虛擬地址直接訪問的。

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