虚拟内存与分配
虚拟内存
虚拟内存的基本思想是，每个进程有用独立的逻辑地址空间，内存被分为大小相等的多个块,称为页(Page).每个页都是一段连续的地址。对于进程来看,逻辑上貌似有很多内存空间，其中一部分对应物理内存上的一块(称为页框，通常页和页框大小相等)，还有一些没加载在内存中的对应在硬盘上
虚拟内存实际上可以比物理内存大。当访问虚拟内存时，会访问**MMU（内存管理单元）**去匹配对应的物理地址，而如果虚拟内存的页并不存在于物理内存中，会产生缺页中断，从磁盘中取得缺的页放入内存，如果内存已满，还会根据某种算法将磁盘中的页换出。
而虚拟内存和物理内存的匹配是通过页表实现，页表存在MMU中
没有虚拟内存的问题
- 多个程序需要运行，但是内存空间不足了，就需要将其他程序暂时拷贝到硬盘当中，然后将新的程序装入内存运行.由于大量的数据装入装出，内存的使用效率低
- 程序可以直接访问物理内存，一个进程可以修改其他进程的内存数据
- 多线程情况下，不知道哪些物理内存可用
虚拟内存主要提供了如下三个重要的能力：
- 它把主存看作为一个存储在硬盘上的虚拟地址空间的高速缓存，并且只在主存中缓存活动区域（按需缓存）。
- 它为每个进程提供了一个一致的地址空间，从而降低了程序员对内存管理的复杂性。
- 它还保护了每个进程的地址空间不会被其他进程破坏。
内存分配
内存分配申请的是虚拟的内存空间，并没有拿到真正的物理内存空间。但是在第一次访问该内存的时候，程序会发现虚拟内存地址没有影射到物理内存地址，于是触发缺页中断（异常）
此时，进程会陷入内核态，执行一下操作：
- 检查要访问的虚拟地址是否合法
- 查找分配一个物理页
- 填充物理内容（读取磁盘，或者直接置0）。
- 建立虚拟内存和物理内存的映射关系
逻辑地址和物理地址的映射
分页机制
程序或操作系统逻辑地址分为多个页（page），将物理地址分为多个帧（page frame 也叫页，这里方便区分称为帧）。
逻辑地址页到物理地址帧的映射称为 页表（page table）。页号和帧号进行映射，其实页表不仅仅存了映射关系，还存当前页、帧的状态（例如是否可用，权限是否足够等）。
每一个进程都有一张自己的页表
分页内存寻址过程小例子
机器：32位操作系统 256MB内存 页大小4KB
程序：32位
4K=12bit
逻辑地址 32bit=20bit页号+12bit偏移
物理地址 28bit=16bit帧号+12bit偏移
对于地址0x000011a3 页号00001 偏移 1a3。根据页号找到帧号，帧号+偏移=物理地址。
根据页号去页表中找到对应帧号，对应帧号+偏移量就是真实物理地址
- 如果查表后发现帧号是磁盘会发生什么？
这时候会触发缺页中断，切换到内核态，内核从磁盘读取数据加载到内存中，然后把物理地址在page table进行更新，然后重新进行内存寻址的过程。
- 如果从磁盘加载进内存时，内存帧满了怎么办？
这时候会触发页面置换（页面置换算法），将不太常用的帧 从RAM中逐出到磁盘中，让出位置来存储。
