虚拟内存与物理内存的地址映射解析
物理内存与虚拟内存（虚拟地址）的区别有哪些
物理内存与虚拟内存（虚拟地址）的区别有哪些在存储器里以字节为单位存储信息，为正确地存放或取得信息，每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址，称为物理地址(Physical Address)，又叫实际地址或绝对地址。
，店铺为大家介绍一下物理内存与虚拟内存(虚拟地址)的区别，供大家参考!物理内存与虚拟内存(虚拟地址)的区别1、应用中的概念。
物理内存，在应用中，自然是顾名思义，物理上，真实的插在板子上的内存是多大就是多大了。
看机器配置的时候，看的就是这个物理内存。
虚拟内存，这个概念就要稍微了解一下CPU了，^_^，只是稍微，毕竟我们现在谈的是应用中的概念。
我们应该知道，对于一般的32位CPU，有32根地址线，那么它的寻址空间就是4GB。
也就是说，如果没有其他的限制，我们的主板上最大可以安装4GB的物理内存。
哈哈，一般的机器是不会装那么多物理内存的，大把的银子啊，性价比可合不上。
程序员可不管这个，我们对CPU编程，不能一台机器根据你物理内存的大小我编一个程序吧?那也太原始社会了吧。
所以程序员都是直接使用的4GB的奢侈的进程空间(或许，不应该用奢侈这么短视的词。
曾几何时，128M的物理内存也是我们不可想象的呢?)。
这怎么办?总不能不用那些程序了吧。
好吧，这个问题交给OS去解决吧。
这样，OS就提出了一个虚拟内存的概念。
就是进程、用户、不必考虑实际上物理内存的限制，而直接对4GB的进程空间进行寻址。
如果所寻址的数据实际上不在物理内存中，那就从“虚拟内存”中来获取。
这个虚拟内存可以是一个专门文件格式的磁盘分区(比如linux下的swap分区)，也可以是硬盘上的某个足够大的文件(比如win下的那个i386文件，好像是这个名字)。
物理内存中长期不用的数据，也可以转移到虚拟内存中。
这样的交换由OS来控制，用户看起来就好像物理内存大了一样。
有了虚拟内存的概念，我们就可以自由的使用4GB的进程空间了。
但是，前提是你的硬盘由足够的空间，而且你舍得划分出(4GB-物理内存)大的虚拟内存空间来。
物理内存和虚拟内存
物理内存和虚拟内存物理内存和虚拟内存概念物理内存：物理内存（Physical memory）是相对于虚拟内存⽽⾔的。
物理内存指通过物理内存条⽽获得的内存空间。
虚拟内存：相对于物理内存，在linux下还有⼀个虚拟内存的概念，虚拟内存就是为了满⾜物理内存的不⾜⽽提出的策略，它是利⽤磁盘空间虚拟出的⼀块逻辑内存，⽤作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）说明作为物理内存的扩展，linux会在物理内存不⾜时，使⽤交换分区的虚拟内存，更详细的说，就是内核会将暂时不⽤的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以⽤于其它⽬的，当需要⽤到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读⼊物理内存。
linux的内存管理采取的是分页存取机制，为了保证物理内存能得到充分的利⽤，内核会在适当的时候将物理内存中不经常使⽤的数据块⾃动交换到虚拟内存中，⽽将经常使⽤的信息保留到物理内存。
系统把物理内存中的⼀部分空间释放出来，以供当前运⾏的程序使⽤。
那些被释放的空间可能来⾃⼀些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间被临时保存到Swap分区中，等到那些程序要运⾏时，再从Swap分区中恢复保存的数据到内存中。
这个swap交换区是从硬盘中预先划分⼀定的空间,所以使⽤swap交换区就需要在硬盘和内存间读写，增加IO,影响系统性能。
补充要深⼊了解linux内存运⾏机制，需要知道下⾯提到的⼏个⽅⾯：⾸先，Linux系统会不时的进⾏页⾯交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不⽤的内存页⾯。
这可以避免等待交换所需的时间。
其次，linux进⾏页⾯交换是有条件的，不是所有页⾯在不⽤时都交换到虚拟内存，linux内核根据”最近最经常使⽤“算法，仅仅将⼀些不经常使⽤的页⾯⽂件交换到虚拟内存，有时我们会看到这么⼀个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使⽤了很多。
浅析物理内存和虚拟内存的区别
浅析物理内存和虚拟内存的区别首先,我们先简单理解一下而这之间概念区别:物理内存: 值通过物理内存条而获得的内存空间,是计算机上最重要的资源之一,从本质来说,物理内存是代码和数据在其中运行的窗口,物理内存是和cpu实现交互的重要硬件设备.虚拟内存: 与物理内存相反,是指根据系统需要从硬盘中虚拟的划出一部分存储空间,是一种计算机系统的管理技术,数据计算机的程序.下面将进行详细的介绍:物理内存的作用: 计算机运行时为操作系统和各种程序提供临时的存储作用,而这种存储是没有写入硬盘的,在计算机关机后就会丢失.首先,内存会从cpu获得需要查找到某个数据的指令,然后根据存储的位置信息,去找到数据存放的真实位置,这个过程式寻址, 对于电脑系统而言，找出这个地方时还必须确定是否位置正确，因此电脑还必须判读该地址的信号，横坐标有横坐标的信号（也就是RAS信号，Row Address Strobe）纵坐标有纵坐标的信号（也就是CAS信号，Column Address Strobe），最后再进行读或写的动作。
每次访问一个地址都时需要将逻辑地址翻译为真实的物理地址,所有的程序都时共享一个物理内存,这需要每个进程将自己目前需要的资源的虚拟地址映射到真实的物理内存上去,,进程需要知道那些地址空间是在内存上,那些在磁盘中,还要记录具体数据资源的存储位置,这些都记录在页表中,当一个进程需要访问资源寻找数据的时候,就会访问页表,查找对应的映射表,如果发现资源不在页表上,就会发生缺页异常,,缺页异常的处理过程, 操作系统立即阻塞该进程，并将硬盘里对应的页换入内存，然后使该进程就绪，如果内存已经满了，没有空地方了，那就找一个页覆盖，至于具体覆盖的哪个页，就需要看操作系统的页面置换算法.置换算法发生后,os会从物理内存中再配一个物理页,然后将该”缺页”从磁盘中读到内存中,再设置缺页的虚拟页,和物理页的映射关系,,这样程序才会继续运行下去, 但是很明显的一点是，当操作系统捕获到缺页错误时，它应知道程序当前所需要的页在可执行文件中的哪一个位置。
虚拟内存技术的工作原理
虚拟内存技术的工作原理虚拟内存是一种操作系统提供的一种技术，它将主存和辅助存储器（通常是硬盘）结合起来，为进程提供了一个比实际物理内存更大的地址空间。
虚拟内存技术的核心原理是将进程的逻辑地址空间与物理内存进行映射，使得进程能够访问超出实际物理内存大小的数据。
虚拟内存的工作原理可以分为几个关键步骤：1.地址转换：当进程执行时，它使用的是虚拟地址。
这些虚拟地址需要被转换为物理地址，才能在实际的物理内存中进行访问。
操作系统通过硬件机制（如页表）来进行地址转换。
2.页面调度：当进程需要访问的页面不在物理内存中时，操作系统需要将该页面从辅助存储器（硬盘）加载到物理内存。
为了提高效率，操作系统会将物理内存空间划分为固定大小的页面，这些页面是虚拟内存和物理内存之间的基本单位。
3.页面置换：当物理内存不足时，操作系统需要将一些不常用的页面从物理内存中置换出去，而将需要访问的页面置换到物理内存中。
常见的页面置换算法有FIFO（先进先出）、LRU（最近最久未使用）等。
4.页面写入：当需要写入页面数据时，操作系统可以选择将页面直接写入辅助存储器，而不是每次都写回物理内存。
这样可以减少对物理内存的访问次数，提高效率。
1.扩展了物理内存大小：虚拟内存将进程的逻辑地址空间与实际物理内存分离，使得进程可以拥有比实际物理内存更大的地址空间。
这意味着即使物理内存大小有限，进程仍然可以处理更大的数据集。
2.提高了内存利用率：由于虚拟内存将进程的逻辑地址空间与物理内存进行映射，操作系统可以根据进程的需求动态地将页面放入或置换出物理内存。
这样可以更灵活地利用物理内存，提高内存利用率。
1.频繁的页面置换可能导致性能下降：当物理内存不足时，无法避免进行页面置换操作。
如果页面置换过于频繁，会导致系统性能下降，因为频繁的磁盘访问速度远远慢于内存访问速度。
2.增加了一些开销：虚拟内存技术需要额外的硬件支持和软件机制，这会增加了一些开销。
例如，需要维护页表来进行地址转换，需要进行页面的加载和置换等操作，这些都需要消耗一定的计算资源和时间。
虚拟地址和物理地址的区别和联系
虚拟地址和物理地址的区别和联系CPU通过地址来访问内存中的单元，地址有虚拟地址和物理地址之分，如果CPU没有MMUMemory Management Unit，内存管理单元，或者有MMU但没有启用，CPU核在取指令或访问内存时发出的地址将直接传到CPU芯片的外部地址引脚上，直接被内存芯片以下称为物理内存，以便与虚拟内存区分接收，这称为物理地址Physical Address，以下简称PA，如下图所示。
如果CPU启用了MMU，CPU核发出的地址将被MMU截获，从CPU到MMU的地址称为虚拟地址Virtual Address，以下简称VA，而MMU将这个地址翻译成另一个地址发到CPU芯片的外部地址引脚上，也就是将虚拟地址映射成物理地址，如下图所示。
MMU将虚拟地址映射到物理地址是以页Page为单位的，对于32位CPU通常一页为4K。
例如，虚拟地址0xb700 1000~0xb700 1fff是一个页，可能被MMU映射到物理地址0x2000~0x2fff，物理内存中的一个物理页面也称为一个页框Page Frame。
物理地址physical address用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。
——这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。
所以，说它是“与地址总线相对应”，是更贴切一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。
也许错误的理解更利于形而上的抽像。
虚拟内存virtual memory这是对整个内存不要与机器上插那条对上号的抽像描述。
它是相对于物理内存来讲的，可以直接理解成“不直实的”，“假的”内存，例如，一个0x08000000内存地址，它并不对就物理地址上那个大数组中0x08000000 - 1那个地址元素;之所以是这样，是因为现代操作系统都提供了一种内存管理的抽像，即虚拟内存virtual memory。
虚拟地址和物理地址转换
虚拟地址和物理地址转换参考如下虚拟地址虚拟地址空间虚拟地址并不真实存在于计算机中。
每个进程都分配有自己的虚拟空间，而且只能访问自己被分配使用的空间。
理论上，虚拟空间受物理内存大小的限制，如给有4gb内存，那么虚拟地址空间的地址范围就应该是0x00000000~0xffffffff4gb。
为什么每个进程的虚拟地址空间范围会这么大？这涉及地址映射机制；当程序实际运行时，系统将首先将虚拟地址映射到物理地址中的范围。
另外一个概念：虚拟内存。
虚拟内存是内存中的一片连续地址空间。
在物理存储位置上的意义，不一定就是指物理内存，可能也是在硬盘上开辟的一篇地址空间。
物理地址物理地址用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和cpu连接的地址总线相对应。
--这个概念应该是这些概念中最容易理解的，但值得一提的是，虽然物理地址可以直接理解为插入机器上的内存本身，但内存可以被视为一个从0字节到最大空容量逐字节编号的大数组，然后该数组被称为物理地址，实际上，它只是一个由硬件提供给软件的映像，内存不是以这种方式寻址的。
因此，更恰当的说法是“与地址总线相对应”。
然而，无论物理内存的寻址模式如何，都可以将物理地址逐个直接对应到物理内存。
也许错误的理解更有利于形而上学的抽象。
虚地址到物理地址的转换过程MVA修改的虚拟地址，由CPU#1生成step1.通过ttbr找到粗表描述符转换表基址#2+MVA的厚页表索引=厚页表的物理地址step2.通过粗表描述符找到小页描述符粗页表基址#3+MVA的小页表索引=小页表的物理地址step3.通过小页描述符找到物理地址小页面基址的页面索引#4+MVA=物理地址step1得到的粗页表的物理地址位定义步骤2中获得的小页表的物理地址位定义step3得到的物理地址位定义注1：严格来说，该地址可能由FCSE或ARM926EJ-S处理器生成注2：转换表基地址保存在ttbr，详见ttbr注3：厚页表的基址保存在厚页表描述符中。
虚拟内存与内存映射：操作系统中的重要概念
虚拟内存与内存映射：操作系统中的重要概念虚拟内存与内存映射是操作系统中非常重要的概念，它们在计算机系统中的内存管理中扮演着重要的角色。
首先，我们来了解一下虚拟内存。
虚拟内存是一种计算机系统中的内存管理技术，它将计算机的物理内存和硬盘空间结合起来，使得操作系统可以为每个进程提供一个私有的虚拟地址空间。
虚拟内存的使用可以让每个进程都感觉自己独占整个计算机的物理内存，而不需要考虑其他进程的存在。
虚拟内存的工作原理基于分页机制。
操作系统将进程的虚拟地址空间分成一个个固定大小的页面，通常是4KB或者8KB。
同时，物理内存也被划分为与虚拟页面相同的大小的物理页面。
当进程需要访问一个特定的虚拟地址时，操作系统会将这个虚拟地址翻译成对应的物理地址，然后将物理地址提供给硬件进行访问。
如果所需的物理页面在物理内存中已经存在，则直接将物理地址提供给硬件；如果所需的物理页面不在物理内存中，则需要将一个不再使用的物理页面选择出来，把其内容写入硬盘中的交换空间（swap space），然后将所需的物理页面从硬盘中加载到物理内存中，然后再提供给硬件。
这个过程也被称为页面置换（page swapping）。
虚拟内存的优点主要包括以下几点：1.扩充了可用的内存空间：虚拟内存允许每个进程有一个大的虚拟地址空间，使得每个进程都可以感觉自己独占整个计算机的物理内存。
这样，即使计算机的物理内存有限，也能够运行更多的进程。
2.提高了内存的利用率：虚拟内存可以通过页面置换机制将内存中不再使用的页面写入硬盘，从而释放出内存空间供其他进程使用。
这使得物理内存的利用率更高，减少了内存浪费。
3.简化了程序的编写：虚拟内存将物理内存和硬盘空间结合起来，对程序员来说，无需关心物理内存的具体情况，只需要在虚拟地址空间中进行内存访问操作就好。
这样，程序员可以将精力更多地集中在程序的逻辑实现上，而不需要过多关注内存管理的细节。
内存映射是虚拟内存的一个重要概念。
物理内存、页面文件、交换区和虚拟内存
物理内存、页⾯⽂件、交换区和虚拟内存物理内存，顾名思义，就是实实在在存在的那个东西，插在你电脑主板上的内存条所提供的空间。
页⾯⽂件，这个是硬盘上的⼀块空间，在Windows下表现为⼀个⽂件。
这个页⾯⽂件存在的意义就是在物理内存被占⽤满以后，将物理内存中的东西移动到硬盘上的这个空间，腾出物理内存给需要的应⽤程序来使⽤。
交换区，这个是物理内存和页⾯⽂件空间的总和，“交换”的含义，则是指在硬盘⽂件、CPU和其它IO之间进⾏数据的传递和暂存（这句话对于了解计算机运⾏基本流程的⼈来说应该可以理解）。
虚拟内存，这个概念恐怕是⽬前为⽌最为含混不清的⼀个东西了，会有很多种不同的含义。
在这⾥，我先说⼀下在⼀个程序猿眼中的虚拟内存是个啥。
很显然，这个世界上的电脑配置是五花⼋门，可⽤的物理内存数量也是分为很多等级的。
作为⼀个苦逼的程序猿，我们不可能在考虑程序逻辑的时候还要去考虑客户的机器有多少内存可以⽤，也不可能去详细调查实际的物理内存地址是多少到多少，好在OS会为我们完成这些⼯作。
每⼀个运⾏的进程，都会获得⼀个 4G的内存地址空间，这就是所谓的虚拟内存，这⾥⾯的所有地址都是虚拟的，和物理内存啥的并不直接挂钩。
⽽在操作系统那头，这些虚拟地址所映射到的实际地址，可以是物理内存地址，也可以是页⾯⽂件的地址。
如果是物理内存⼩于这个虚拟地址的范围的话，映射的物理内存还可能是重复的物理内存地址⽚段，使⽤的时候可以通过清空内存数据，将内存数据写⼊页⾯⽂件这样的⽅式进⾏物理内存的重新利⽤，以提⾼物理内存的利⽤效率。
⽽不少⼈，尤其是对Windows刚有所了解的⼈，所理解的虚拟内存，往往是指页⾯⽂件。
这也是微软的意见，他们在⾃⼰的操作系统中就是这么写的，见下图：⽽在Aida64，或者说是曾经的Everest中，虚拟内存是交换区 + 物理内存 = 物理内存 * 2 + 页⾯⽂件。
⽼实说，我并没有理解这个的概念是什么。
其实上述虚拟内存的说法都没有什么问题，都是约定俗成的说法，关键是要搞清楚什么时候的“虚拟内存”是指什么，概念不混淆就可以。
pf和vf映射逻辑
pf和vf映射逻辑
PF和VF分别代表"物理存储格式（Physical Format）"和"虚拟
文件（Virtual File)"。
它们之间的映射逻辑是将虚拟文件映射
到物理存储格式上，从而实现文件的存储和访问。
在计算机系统中，虚拟文件是指用户和应用程序可以直接操作的抽象文件，它是对物理存储的逻辑封装。
虚拟文件可以有不同的逻辑结构和内容，例如文本文件、图像文件、音频文件等。
而物理存储格式是指文件实际存储在硬盘、固态硬盘或其他物理设备上的格式。
物理存储格式通常是以二进制形式存储的，并且具有特定的文件系统结构。
在PF和VF的映射过程中，操作系统负责管理并维护一个文
件系统表，记录了虚拟文件和物理存储格式之间的映射关系。
当用户或应用程序需要访问一个虚拟文件时，操作系统会根据文件系统表的信息，将虚拟文件映射到对应的物理存储位置上。
映射的逻辑可以通过索引或地址映射来实现。
例如，文件系统表中可以记录虚拟文件的文件名、路径、物理存储位置的地址信息等。
当需要读取或写入文件时，操作系统可以根据文件系统表中的映射关系，通过地址映射找到物理存储位置，并执行相应的操作。
总的来说，PF和VF之间的映射逻辑是通过操作系统中的文
件系统管理来实现的，通过记录文件的信息和地址映射关系来实现虚拟文件的存储和访问。
逻辑地址、线性地址、物理地址和虚拟地址理解
逻辑地址（Logical Address）是指由程式产生的和段相关的偏移地址部分。
例如，你在进行C语言指针编程中，能读取指针变量本身值(&操作)，实际上这个值就是逻辑地址，他是相对于你当前进程数据段的地址，不和绝对物理地址相干。
只有在Intel实模式下，逻辑地址才和物理地址相等（因为实模式没有分段或分页机制,Cpu不进行自动地址转换）；逻辑也就是在Intel保护模式下程式执行代码段限长内的偏移地址（假定代码段、数据段如果完全相同）。
应用程式员仅需和逻辑地址打交道，而分段和分页机制对你来说是完全透明的，仅由系统编程人员涉及。
应用程式员虽然自己能直接操作内存，那也只能在操作系统给你分配的内存段操作。
线性地址（Linear Address）是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。
程式代码会产生逻辑地址，或说是段中的偏移地址，加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。
如果启用了分页机制，那么线性地址能再经变换以产生一个物理地址。
若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。
Intel 80386的线性地址空间容量为4G（2的32次方即32根地址总线寻址）。
物理地址（Physical Address）是指出目前CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果地址。
如果启用了分页机制，那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。
如果没有启用分页机制，那么线性地址就直接成为物理地址了。
虚拟内存（Virtual Memory）是指计算机呈现出要比实际拥有的内存大得多的内存量。
因此他允许程式员编制并运行比实际系统拥有的内存大得多的程式。
这使得许多大型项目也能够在具有有限内存资源的系统上实现。
一个非常恰当的比喻是：你不必非常长的轨道就能让一列火车从上海开到北京。
你只需要足够长的铁轨（比如说3公里）就能完成这个任务。
采取的方法是把后面的铁轨即时铺到火车的前面，只要你的操作足够快并能满足需求，列车就能象在一条完整的轨道上运行。
虚拟内存与物理内存的地址映射解析
在进入正题前先来谈谈操作系统内存管理机制的发展历程，了解这些有利于我们更好的理解目前操作系统的内存管理机制。
一早期的内存分配机制在早期的计算机中，要运行一个程序，会把这些程序全都装入内存，程序都是直接运行在内存上的，也就是说程序中访问的内存地址都是实际的物理内存地址。
当计算机同时运行多个程序时，必须保证这些程序用到的内存总量要小于计算机实际物理内存的大小。
那当程序同时运行多个程序时，操作系统是如何为这些程序分配内存的呢？下面通过实例来说明当时的内存分配方法：某台计算机总的内存大小是128M，现在同时运行两个程序A和B，A需占用内存10M，B需占用内存110。
计算机在给程序分配内存时会采取这样的方法：先将内存中的前10M分配给程序A，接着再从内存中剩余的118M中划分出110M分配给程序B。
这种分配方法可以保证程序A和程序B都能运行，但是这种简单的内存分配策略问题很多。
图一早期的内存分配方法问题1：进程地址空间不隔离。
由于程序都是直接访问物理内存，所以恶意程序可以随意修改别的进程的内存数据，以达到破坏的目的。
有些非恶意的，但是有bug的程序也可能不小心修改了其它程序的内存数据，就会导致其它程序的运行出现异常。
这种情况对用户来说是无法容忍的，因为用户希望使用计算机的时候，其中一个任务失败了，至少不能影响其它的任务。
问题2：内存使用效率低。
在A和B都运行的情况下，如果用户又运行了程序C，而程序C需要20M大小的内存才能运行，而此时系统只剩下8M的空间可供使用，所以此时系统必须在已运行的程序中选择一个将该程序的数据暂时拷贝到硬盘上，释放出部分空间来供程序C使用，然后再将程序C的数据全部装入内存中运行。
可以想象得到，在这个过程中，有大量的数据在装入装出，导致效率十分低下。
问题3：程序运行的地址不确定。
当内存中的剩余空间可以满足程序C的要求后，操作系统会在剩余空间中随机分配一段连续的20M 大小的空间给程序C使用，因为是随机分配的，所以程序运行的地址是不确定的。
页式虚拟存储器的工作原理
页式虚拟存储器的工作原理页式虚拟存储器是计算机系统中用于管理虚拟内存的一种技术。
它通过将物理内存和磁盘空间结合起来，使得计算机能够有效地处理比实际内存容量更大的程序。
在本文中，将深入探讨页式虚拟存储器的工作原理，包括虚拟内存、物理内存、页面置换算法等相关概念，以及页式虚拟存储器的工作流程和优缺点。
一、虚拟内存的概念虚拟内存是一种计算机系统中的重要技术，它使得计算机能够同时运行多个程序，并且能够处理比实际物理内存更大的程序。
虚拟内存利用辅助存储设备（如硬盘）来扩展计算机的物理内存。
这样，程序可以运行，而不必全部载入内存中。
虚拟内存的有效性主要体现在以下几个方面：1.提高内存利用率。
虚拟内存使得计算机能够运行更多的程序，同时不会受到物理内存大小的限制。
2.提高系统的性能。
虚拟内存能够减少因内存不足而产生的页面置换，从而提高系统的性能。
3.保护程序。
虚拟内存可以有效地保护程序的数据，在内存中分配给每个程序的地址是单独的，避免了程序之间的干扰。
二、页式虚拟存储器的概念页式虚拟存储器是一种虚拟内存管理技术，通过将程序的虚拟地址空间和物理内存空间分割成固定大小的页面，来管理虚拟内存。
页式虚拟存储器的主要特点是页的大小固定，并且虚拟地址空间和物理地址空间都被分割成块状的页面。
在页式虚拟存储器中，每个页面都有一个对应的页面表项，用于记录页面在物理内存中的位置。
在页式虚拟存储器中，程序只能在物理内存中保持活动状态的页面，当程序访问的页面不在物理内存中时，系统会将相应的页面从辅助存储设备（如硬盘）中加载到物理内存中。
这种分页式管理方式，使得虚拟内存的管理更加灵活，能够有效地管理大容量的虚拟内存空间。
三、物理内存和虚拟内存的映射在页式虚拟存储器中，虚拟内存和物理内存之间存在映射关系，即虚拟地址空间中的页面被映射到物理内存中的页面。
这种映射关系是通过页表来实现的。
页表是一个用于记录虚拟地址空间和物理地址空间映射关系的数据结构。
虚拟内存和物理内存如何映射？
虚拟内存和物理内存如何映射？以X86处理器为例，进程被创建时有4G的寻址空间，⾄于为什么是4G，这个⼜和CPU地址总线有关。
当我们开启计算机时，明明只有4G物理内存的，为什么开启的进程数量有⼏百个。
进程4G的进程关系⼀定时和物理内存保持了某种映射关系。
⽽不是独占。
1、⽤户编制程序时使⽤的地址称为虚地址或逻辑地址，其对应的存储空间称为虚存空间或逻辑地址空间；⽽计算机物理内存的访问地址则称为实地址或物理地址，其对应的存储空间称为物理存储空间或主存空间。
4、虚拟内存：使程序认为它拥有连续的可⽤的内存（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。
若计算机运⾏程序或操作所需的随机存储器(RAM)不⾜时，则 Windows 会⽤虚拟存储器进⾏补偿，即拿出⼀部分硬盘空间来充当内存使⽤，这部分空间即称为虚拟内存，虚拟内存在硬盘上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS这个页⾯⽂件。
它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。
将数据移⼊分页⽂件可释放RAM，以便完成⼯作。
若计算机的速率由于RAM可⽤空间匮乏⽽减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进⾏补偿。
但是，计算机从RAM读取数据的速率要⽐从硬盘读取数据的速率快，因⽽扩增RAM容量（可加内存条）是最佳选择。
分页⽂件：硬盘上⼀个或者多个隐藏⽂件pagefile.sys，Windows⽤于存储未存⼊内存的部分程序和数据⽂件。
页⾯⽂件和物理内存或随机存取内存（RAM）构成了虚拟内存。
Windows会根据需要将数据从页⾯⽂件移⾄内存，或将数据从内存移⾄页⾯⽂件以便为新数据释放内存。
也叫“交换⽂件”。
使⽤了分页机制之后，4G的地址空间被分成了固定⼤⼩的页，每⼀页或者被映射到物理内存，或者被映射到硬盘上的交换⽂件中，或者没有映射任何东西。
对于⼀般程序来说，4G的地址空间，只有⼀⼩部分映射了物理内存，⼤⽚⼤⽚的部分是没有映射任何东西。
mmu工作原理
mmu工作原理MMU，全称为内存管理单元（Memory Management Unit），是计算机系统中的一个重要组成部分，主要用于实现虚拟内存管理。
其工作原理可以概括为如下步骤：1. 解析虚拟地址：当CPU执行程序时，生成的内存访问指令中包含虚拟地址，MMU首先负责解析这个虚拟地址。
2. 地址转换：根据物理内存和虚拟内存之间的映射关系，通过一定的算法将虚拟地址转换为物理地址。
这个映射关系由操作系统在虚拟内存管理中进行设置和维护。
3. 访问权限检查：MMU会根据地址转换后的物理地址，检查访问该地址的权限。
如果访问权限不符合要求，MMU会产生异常中断，通知操作系统进行相应的处理。
4. 缓存管理：MMU还负责对高速缓存（Cache）进行管理。
在进行地址转换时，MMU会首先查询高速缓存，看是否命中。
如果命中，可以直接从高速缓存中获取数据，避免了访问内存的延迟。
如果未命中，MMU会发出对内存的访问请求。
5. 地址翻译缓存（TLB）：为了加快地址转换过程，MMU通常会包含一个独立的硬件模块——地址翻译缓存（TLB），用于缓存最近使用过的地址映射。
当发生地址转换时，MMU首先查找TLB，如果找到了对应的映射，则可以提供快速的地址转换。
6. 虚拟内存管理：MMU支持操作系统实现虚拟内存管理。
通过设置合适的页表和页面置换算法，操作系统可以实现对程序的虚拟地址空间的灵活分配和管理，提高系统的资源利用率。
通过以上步骤，MMU成功完成了虚拟地址到物理地址的转换，并且对内存访问进行了权限检查与缓存优化，实现了有效的内存管理。
这样，计算机系统可以充分利用虚拟内存机制，提高内存的利用效率，同时实现对内存的保护和隔离。
内存扩展技术原理
内存扩展技术原理
内存扩展技术是指通过各种方式将计算机的内存容量进行扩展，从而提高计算机的处理能力。
常见的内存扩展技术有虚拟内存、内存映射、内存缓存、内存互联等。
1. 虚拟内存：虚拟内存是一种利用硬盘作为辅助存储器的内存管理技术。
它通过将计算机内存分成若干个大小相等的页面或帧，将进程的逻辑地址空间映射到物理地址空间中的某个页面或帧上。
当进程访问的页面不在内存中时，系统会将需要的页面从硬盘读取到内存中，以满足进程的需求。
这样，虚拟内存能够使得计算机具有比物理内存更大的容量，提高计算机的处理能力。
2. 内存映射：内存映射是指将外部设备的寄存器或存储器映射到计算机的内存地址空间中。
通过内存映射，计算机可以像访问内存一样访问外部设备，从而简化了对外部设备的访问操作。
内存映射技术可以扩展计算机的内存容量，将外部设备的存储空间作为计算机的一部分来使用。
3. 内存缓存：内存缓存是指在CPU和内存之间插入高速的缓
存存储器，用来提高数据访问的速度。
内存缓存可以存储最近被访问过的数据块，当CPU访问内存时，先在缓存中查找数据，如果找到则直接返回，否则才访问主存。
内存缓存能够减少CPU与内存之间的数据传输次数，加快数据的读取和写入
速度，提高计算机的运行效率。
4. 内存互联：内存互联是指通过互联技术将多台计算机的内存
连接起来，共同组成一个更大的内存空间。
内存互联可以通过网络、总线等方式实现，通过将多台计算机的内存进行集成，扩展了计算机的内存容量，提高计算机的处理能力。
虚拟内存与物理内存的区别
虚拟内存与物理内存的区别第⼀层理解1.每个进程都有⾃⼰独⽴的4G(32位系统下)内存空间，各个进程的内存空间具有类似的结构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问题：计算机明明没有那么多内存（n个进程的话就需要n*4G）内存建⽴⼀个进程，就要把磁盘上的程序⽂件拷贝到进程对应的内存中去，对于⼀个程序对应的多个进程这种情况，浪费内存！第⼆层理解1.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.所有进程共享同⼀物理内存，每个进程只把⾃⼰⽬前需要的虚拟内存空间映射并存储到物理内存上。
3.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4.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）5.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6.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总结：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。
虚拟地址如何映射到物理地址
虚拟地址如何映射到物理地址虚拟地址)被不同的进程映射到的物理地址是不同的，那么大家知道虚拟地址如何映射到物理地址吗?下面跟着小编来一起了解下虚拟地址映射到物理地址吧。
虚拟地址映射到物理地址方法这里只谈分页管理的机制，也是目前最重要的内存管理机制。
最初的设计想法：结构图如下：页的尺寸是4KB，虚拟地址的前20位用于指定一个物理页，后12位用于访问页内偏移。
页表项的结构：各个位的含义：P--位0是存在(Present)标志，用于指明表项对地址转换是否有效。
P=1表示有效;P=0表示无效。
在页转换过程中，如果说涉及的页目录或页表的表项无效，则会导致一个异常。
如果P=0，那么除表示表项无效外，其余位可供程序自由使用，如图4-18b所示。
例如，操作系统可以使用这些位来保存已存储在磁盘上的页面的序号。
R/W--位1是读/写(Read/Write)标志。
如果等于1，表示页面可以被读、写或执行。
如果为0，表示页面只读或可执行。
当处理器运行在超级用户特权级(级别0、1或2)时，则R/W位不起作用。
页目录项中的R/W位对其所映射的所有页面起作用。
U/S--位2是用户/超级用户(User/Supervisor)标志。
如果为1，那么运行在任何特权级上的程序都可以访问该页面。
如果为0，那么页面只能被运行在超级用户特权级(0、1或2)上的程序访问。
页目录项中的U/S位对其所映射的所有页面起作用。
A--位5是已访问(Accessed)标志。
当处理器访问页表项映射的页面时，页表表项的这个标志就会被置为1。
当处理器访问页目录表项映射的任何页面时，页目录表项的这个标志就会被置为1。
处理器只负责设置该标志，操作系统可通过定期地复位该标志来统计页面的使用情况。
D--位6是页面已被修改(Dirty)标志。
当处理器对一个页面执行写操作时，就会设置对应页表表项的D标志。
处理器并不会修改页目录项中的D标志。
AVL--该字段保留专供程序使用。
处理器不会修改这几位，以后的升级处理器也不会。
页表映射原理
页表映射原理在计算机系统中，页表映射是一种重要的内存管理技术，用于将虚拟内存地址映射到物理内存地址。
通过页表映射，操作系统可以实现虚拟内存的使用，提高内存利用率和系统性能。
本文将介绍页表映射的原理和作用。
一、页表映射的原理1. 虚拟内存和物理内存虚拟内存是计算机系统中的一种技术，通过将部分存储空间从硬盘中映射到内存中，扩展了计算机的内存容量。
物理内存则是计算机内部实际存在的内存空间。
虚拟内存和物理内存之间的映射关系由页表来维护。
2. 页表和页表项页表是一种数据结构，用于存储虚拟内存地址和物理内存地址之间的映射关系。
页表由多个页表项组成，每个页表项记录了虚拟内存地址和物理内存地址的对应关系。
通常，一个页表项对应一段连续的虚拟内存或物理内存空间。
3. 页表映射过程当应用程序访问虚拟内存时，操作系统会根据虚拟内存地址在页表中查找对应的页表项。
如果找到了对应的页表项，操作系统就可以获取到对应的物理内存地址，并将数据从物理内存中读取或写入。
如果没有找到对应的页表项，操作系统会触发缺页异常，并进行页面置换操作。
4. 分页和分段机制页表映射是基于分页机制的，而分页机制是将虚拟内存和物理内存划分为固定大小的页面。
而分段机制将程序划分为多个段，每个段的大小可以不同。
页表映射通过将虚拟内存地址划分为页号和偏移量两部分，实现虚拟内存到物理内存的映射。
二、页表映射的作用1. 内存管理页表映射是操作系统进行内存管理的重要手段。
通过页表映射，操作系统可以将虚拟内存地址映射到物理内存地址，实现了虚拟内存的使用。
操作系统可以根据实际的内存需求，灵活地分配和回收内存资源，提高内存的利用率。
2. 内存保护页表映射可以实现对内存的保护。
操作系统可以通过设置页表项的权限位，限制应用程序对内存的访问。
例如，只读权限可以防止应用程序对内存进行修改，执行权限可以防止应用程序执行非法指令。
3. 页面置换当应用程序需要访问的页面不在物理内存中时，操作系统会触发缺页异常，并进行页面置换操作。
物理地址逻辑地址虚拟地址的概念
一、概念物理地址(physical address)用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。
——这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。
所以，说它是“与地址总线相对应”，是更贴切一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。
也许错误的理解更利于形而上的抽像。
虚拟内存(virtual memory)这是对整个内存（不要与机器上插那条对上号）的抽像描述。
它是相对于物理内存来讲的，可以直接理解成“不直实的”，“假的”内存，例如，一个0x08000000内存地址，它并不对就物理地址上那个大数组中0x08000000 - 1那个地址元素；之所以是这样，是因为现代操作系统都提供了一种内存管理的抽像，即虚拟内存（virtual memory）。
进程使用虚拟内存中的地址，由操作系统协助相关硬件，把它“转换”成真正的物理地址。
这个“转换”，是所有问题讨论的关键。
有了这样的抽像，一个程序，就可以使用比真实物理地址大得多的地址空间。
（拆东墙，补西墙，银行也是这样子做的），甚至多个进程可以使用相同的地址。
不奇怪，因为转换后的物理地址并非相同的。
——可以把连接后的程序反编译看一下，发现连接器已经为程序分配了一个地址，例如，要调用某个函数A，代码不是call A，而是call 0x0811111111 ，也就是说，函数A的地址已经被定下来了。
没有这样的“转换”，没有虚拟地址的概念，这样做是根本行不通的。
打住了，这个问题再说下去，就收不住了。
逻辑地址(logical address)Intel为了兼容，将远古时代的段式内存管理方式保留了下来。
物理内存和虚拟内存swap（交换空间）详解
物理内存和虚拟内存swap（交换空间）详解⾸先要知道直接从物理内存读写数据⽐硬盘读写数据要快的多，但是内存是有限的，所以就引出了物理内存和虚拟内存，物理内存是系统硬件提供的内存，是真正的内存，虚拟内存是为了满⾜物理内存不⾜时⽽提出的策略，他是利⽤磁盘空间虚拟出的逻辑内存，⽤作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（swap space）作为物理内存的扩展，linux会在物理内存不⾜时使⽤交换空间，内核会将暂时不⽤的内存快信息写到交换空间，这样物理内存就得到了释放，当需要⽤到原始内容时重新从交换空间读⼊物理内存linux操作系统中当应⽤程序需要读取⽂件中的数据时，操作系统会先分配⼀些内存将数据从磁盘读⼊到内存中，然后再将数据分发给应⽤程序；当需要往⽂件中写⼊数据时操作系统会分配内存接收⽤户数据，然后再将数据写⼊到磁盘中；如果有⼤量数据需要读写到磁盘时，系统的读写性能就会降低⾮常耗时间和资源，这种情况下就引⼊了buffers和cached机制buffer和cached都是内存操作，⽤来保存内存曾经打开的⽂件和⽂件属性信息，所以当系统需要读取⽂件时会先从buffer和cache内存区查找，如果找到直接读取发给应⽤程序，如果没有找到才从磁盘中找，通过缓存⼤⼤提⾼了操作系统的性能，但是buffer和cache缓存的内容是不同的，buffer⽤来缓存块设备的只记录了⽂件系统的元数据以及pages，⽽cached⽤来给⽂件做缓冲；通俗说buffer存得是⽂件内容、属性和权限，cached直接⽤来记忆我们打开过的⽂件和程序释放虚拟内存命令：⼀般系统不会⾃动释放内存/proc/sys/vm/drop_caches 默认是0 表⽰不释放缓存 3 代表释放所有缓存释放swap前提保证内存剩余⼤于swap使⽤量，否则会宕机查看当前swap分区挂载 swapop -s /dev/sda1关停分区 swapoff /dev/sda1查看状态 swapon -a如果想挂到其他分区下⾯可以 swapon /dev/sda5cat /proc/sys/vm/swappiness 60 表⽰物理内存⽤到60%时才会使⽤swapswapiness=0 表⽰物理内存⽤完才会使⽤swapswapiness=100 表⽰积极的使⽤swap分区，并且把内存上的数据及时搬运到swap空间临时修改swappiness参数sysctl vm.swappiness=10永久修改vim /etc/sysctl.confsysctl -p。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在进入正题前先来谈谈操作系统内存管理机制的发展历程，了解这些有利于我们更好的理解目前操作系统的内存管理机制。
一早期的内存分配机制
在早期的计算机中，要运行一个程序，会把这些程序全都装入内存，程序都是直接运行在内存上的，也就是说程序中访问的内存地址都是实际的物理内存地址。
当计算机同时运行多个程序时，必须保证这些程序用到的内存总量要小于计算机实际物理内存的大小。
那当程序同时运行多个程序时，操作系统是如何为这些程序分配内存的呢？下面通过实例来说明当时的内存分配方法：
某台计算机总的内存大小是128M，现在同时运行两个程序A和B，A需占用内存10M，B需占用内存110。
计算机在给程序分配内存时会采取这样的方法：先将内存中的前10M分配给程序A，接着再从内存中剩余的118M中划分出110M分配给程序B。
这种分配方法可以保证程序A和程序B都能运行，但是这种简单的内存分配策略问题很多。
图一早期的内存分配方法
问题1：进程地址空间不隔离。
由于程序都是直接访问物理内存，所以恶意程序可以随意修改别的进程的内存数据，以达到破坏的目的。
有些非恶意的，但是有bug的程序也可能不小心修改了其它程序的内存数据，就会导致其它程序的运行出现异常。
这种情况对用户来说是无法容忍的，因为用户希望使用计算机的时候，其中一个任务失败了，至少不能影响其它的任务。
问题2：内存使用效率低。
在A和B都运行的情况下，如果用户又运行了程序C，而程序C需要20M大小的内存才能运行，而此时系统只剩下8M的空间可供使用，所以此时系统必须在已运行的程序中选择一个将该程序的数据暂时拷贝到硬盘上，释放出部分空间来
供程序C使用，然后再将程序C的数据全部装入内存中运行。
可以想象得到，在这个过程中，有大量的数据在装入装出，导致效率十分低下。
问题3：程序运行的地址不确定。
当内存中的剩余空间可以满足程序C的要求后，操作系统会在剩余空间中随机分配一段连续的
20M大小的空间给程序C使用，因为是随机分配的，所以程序运行的地址是不确定的。
二分段
为了解决上述问题，人们想到了一种变通的方法，就是增加一个中间层，利用一种间接的地址访问方法访问物理内存。
按照这种方法，程序中访问的内存地址不再是实际的物理内存地址，而是一个虚拟地址，然后由操作系统将这个虚拟地址映射到适当的物理内存地址上。
这样，只要操作系统处理好虚拟地址到物理内存地址的映射，就可以保证不同的程序最终访问的内存地址位于不同的区域，彼此没有重叠，就可以达到内存地址空间隔离的效果。
当创建一个进程时，操作系统会为该进程分配一个4GB大小的虚拟进程地址空间。
之所以是4GB，是因为在32位的操作系统中，一个指针长度是4字节，而4字节指针的寻址能力是从
0x00000000~0xFFFFFFFF，最大值0xFFFFFFFF表示的即为4GB大小的容量。
与虚拟地址空间相对的，还有一个物理地址空间，这个地址
空间对应的是真实的物理内存。
如果你的计算机上安装了512M大小的内存，那么这个物理地址空间表示的范围是
0x00000000~0x1FFFFFFF。
当操作系统做虚拟地址到物理地址映射时，只能映射到这一范围，操作系统也只会映射到这一范围。
当进程创建时，每个进程都会有一个自己的4GB虚拟地址空间。
要注意的是这个4GB的地址空间是“虚拟”的，并不是真实存在的，而且每个进程只能访问自己虚拟地址空间中的数据，无法访问别的进程中的数据，通过这种方法实现了进程间的地址隔离。
那是不是这4GB的虚拟地址空间应用程序可以随意使用呢？很遗憾，在Windows系统下，这个虚拟地址空间被分成了4部分：NULL指针区、用户区、64KB 禁入区、内核区。
应用程序能使用的只是用户区而已，大约2GB左右(最大可以调整到3GB)。
内核区为2GB，内核区保存的是系统线程调度、内存管理、设备驱动等数据，这部分数据供所有的进程共享，但应用程序是不能直接访问的。
人们之所以要创建一个虚拟地址空间，目的是为了解决进程地址空间隔离的问题。
但程序要想执行，必须运行在真实的内存上，所以，必须在虚拟地址与物理地址间建立一种映射关系。
这样，通过映射机制，当程序访问虚拟地址空间上的某个地址值时，就相当于访问了物理地址空间中的另一个值。
人们想到了一种分段(Sagmentation)的方法，它的思想是在虚拟地址空间和物理地址空间之间做一一映射。
比如说虚拟地址空间中某个10M大小的空间映射到物理地址空间中某个10M大小的空间。
这种思想理解起来并不
难，操作系统保证不同进程的地址空间被映射到物理地址空间中不同的区域上，这样每个进程最终访问到的
物理地址空间都是彼此分开的。
通过这种方式，就实现了进程间的地址隔离。
还是以实例说明，假设有两个进程A和B，进程A所需内存大小为10M，其虚拟地址空间分布在0x00000000到
0x00A00000，进程B所需内存为100M，其虚拟地址空间分布为
0x00000000到0x06400000。
那么按照分段的映射方法，进程A在物理内存上映射区域为0x00100000到0x00B00000，，进程B在物理内存上映射区域为0x00C00000到0x07000000。
于是进程A和进程B分别被映射到了不同的内存区间，彼此互不重叠，实现了地址隔离。
从应用程序的角度看来，进程A的地址空间就是分布在
0x00000000到0x00A00000，在做开发时，开发人员只需访问这段区间上的地址即可。
应用程序并不关心进程A究竟被映射到物理内存的那块区域上了，所以程序的运行地址也就是相当于说是确定的了。
图二显示的是分段方式
的内存映射方法。
图二分段方式的内存映射方法
这种分段的映射方法虽然解决了上述中的问题一和问题三，但并没能解决问题二，即内存的使用效率问题。
在分段的映射方法中，每次换入换出内存的都是整个程序，这样会造成大量的磁盘访问操作，导致效率低下。
所以这种映射方法还是稍显粗糙，粒度比较大。
实际上，程序的运行有局部性特点，在某个时间段内，程序只是访问程序的一小部分数据，也就是说，程序的大部分数据在一个时间段内都不会被用到。
基于这种情况，人们想到了粒度更小的内存分割和映射方法，这种方法就是分页 (Paging)。
三分页
分页的基本方法是，将地址空间分成许多的页。
每页的大小由CPU 决定，然后由操作系统选择页的大小。
目前Inter系列的CPU支持4KB或4MB的页大小，而PC上目前都选择使用4KB。
按这种选择，4GB虚拟地址空间共可以分成1048576个页，512M的物理内存可以分为131072个页。
显然虚拟空间的页数要比物理空间的页数多得多。
在分段的方法中，每次程序运行时总是把程序全部装入内存，而分页的方法则有所不同。
分页的思想是程序运行时用到哪页就为哪页分配内存，没用到的页暂时保留在硬盘上。
当用到这些页时再在物理地址空间中为这些页分配内存，然后建立虚拟地址空间中的页和刚分配的物理内存页间的映射。
下面通过介绍一个可执行文件的装载过程来说明分页机制的实现方法。
一个可执行文件(PE文件)其实就是一些编译链接好的数据和指令的集合，它也会被分成很多页，在PE文件执行的过程中，它往内存中装载的单位就是页。
当一个PE文件被执行时，操作系统会先为该程序创建一个4GB的进程虚拟地址空间。
前面介绍过，虚拟地址空间只是一个中间层而已，它的功能是利用一种映射机制将虚拟地址空间映射到物理地址空间，所以，创建4GB虚拟地址空间其实并不是要真的创建空间，只是要创建那种映射机制所需要的数据结构而已，这种数据结构就是页目和页表。
当创建完虚拟地址空间所需要的数据结构后，进程开始读取PE 文件的第一页。
在PE文件的第一页包含了PE文件头和段表等信息，进程根据文件头和段表等信息，将PE文件中所有的段一一映射到虚拟地址空间中相应的页(PE文件中的段的长度都是页长的整数倍)。
这时PE文件的真正指令和数据还没有被装入内存中，操作系统只是根据PE文件的头部等信息建立了PE文件和进程虚拟地址空间中页的映射关系而已。
当CPU要访问程序中用到的某个虚拟地址时，当CPU发现该地址并没有相相关联的物理地址时，CPU认为该虚拟地址所在的页面是个空页面，CPU会认为这是个页错误(Page Fault)，CPU也就知道了操作系统还未给该PE页面分配内存，CPU会将控制权交还给操作系统。
操作系统于是为该PE页面在物理空间中分配一个页面，然后再将这个物理页面与虚拟空间中的虚拟页面映射起来，然后将控制权再还给进程，进程从刚才发生页错误的位置重新开始执行。
由于此时已为PE文件的那个页面分配了内存，所以就不会发生页错误了。
随着程序的执行，页错误会不断地产生，操作系统也会为进程分配相应的物理页面来满足进程执行的需求。
分页方法的核心思想就是当可执行文件执行到第x页时，就为第x页分配一个内存页y，然后再将这个内存页添加到进程虚拟地址空间的映射表中,这个映射表就相当于一个y=f(x)函数。
应用程序通过这个映射表就可以访问到x页关联的y页了。
总结：
32位的CPU 的寻址空间是4G , 所以虚拟内存的最大值为4G , 而windows 操作系统把这4G 分成2 部分, 即2G 的用户空间和2G 的系统空间, 系统空间是各个进程所共享的, 他存放的是操作系统及一些内核对象等, 而用户空间是分配给各个进程使用的, 用户空间包括用: 程序代码和数据, 堆, 共享库, 栈。