操作系统：Linux虚拟内存知识介绍

今天我将为大家介绍linux虚拟内存的相关知识，希望对大家有所帮助！

1、虚拟内存毫无疑问，虚拟内存是操作系统中至关重要的概念之一。主要原因在于内存的“战略地位”。CPU速度极快，但其容量有限且功能单一，而其他I/O硬件虽然支持多种功能，但相对于CPU而言速度较慢。因此，它们之间需要一种缓冲，这就是内存发挥作用的地方。

在现代操作系统中，多任务处理已成为标准。多任务并行显著提高了CPU的利用率，但也引发了多个进程对内存操作的冲突问题，虚拟内存的概念正是为了解决这一问题而提出的。

上图是对虚拟内存最简单直观的解释。

操作系统拥有一块物理内存（中间部分），有两个进程（实际可能更多）P1和P2，操作系统悄悄地分别告诉P1和P2，我的整个内存都是你的，随便用，管够。但实际上，操作系统只是给了它们一个序号。当P1和P2真正开始使用这些内存时，系统才开始通过拼凑各个块来满足进程的需求，P2以为自己在使用A内存，实际上已经被系统悄悄重定向到真正的B内存了。甚至，当P1和P2共用C内存时，他们也不知道。

操作系统通过这种欺骗进程的手段实现了虚拟内存。对于P1和P2等进程来说，它们都以为自己占用了整个内存，而自己使用的物理内存的具体地址，它们并不知道也不需要关心。

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2、分页和页表虚拟内存是操作系统中的概念，对于操作系统来说，虚拟内存就是一张对照表，当P1获取A内存中的数据时，应该去物理内存的A地址查找，而要查找B内存中的数据时，应该去物理内存的C地址。

我们知道系统中的基本单位是Byte字节，如果将每个虚拟内存的Byte都对应到物理内存的地址，每个条目至少需要8字节（32位虚拟地址->32位物理地址），在4G内存的情况下，就需要32GB的空间来存储对照表，这样的大小已经超出了物理地址的容量，因此操作系统引入了“页（Page）”的概念。

在系统启动时，操作系统将整个物理内存以4K为单位划分为各个页。之后进行内存分配时，都是以页为单位进行的，这样虚拟内存页对应物理内存页的映射表就大大缩小了，4G内存只需要8M的映射表即可，一些未使用的虚拟内存也不需要保存映射关系，而且Linux还为大内存设计了多级页表，可以进一步减少内存消耗。操作系统将虚拟内存到物理内存的映射表称为“页表”。

3、内存寻址和分配我们知道通过虚拟内存机制，每个进程都以为自己占用了全部内存，当进程访问内存时，操作系统会将进程提供的虚拟内存地址转换为物理地址，再去对应的物理地址上获取数据。CPU中有一种硬件，称为“内存管理单元MMU（Memory Management Unit）”，专门用于翻译虚拟内存地址。CPU还为页表寻址设置了缓存策略，由于程序的局部性，其缓存命中率能达到98%。

以上就是操作系统：Linux虚拟内存知识介绍的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！