内存管理 #

一、虚拟内存思想 #

我们可以把进程所使用的地址「隔离」开来，即让操作系统为每个进程分配独立的一套虚拟地址，人人都有，大家自己玩自己的地址就行，互不干涉。虚拟地址最终怎么落到物理内存里，对进程来说是透明的，操作系统已经把这些都安排的明明白白了（MMU）。

虚拟地址和物理地址之间通过段表（段基地址+段大小）来映射。

分段机制会把程序的虚拟地址分成 4 个段：代码分段、数据分段、堆段、栈段。

内存碎片问题（不连续的小物理内存，浪费） -> 并因此有内存交换的效率低的问题。

分页是把整个虚拟和物理内存空间切分成一页一页，固定尺寸，Linux下一页是4KB。

虚拟地址与物理地址之间通过页表来映射。

页表一定要覆盖全部虚拟地址空间，不分级的页表就需要有 100 多万个页表项来映射，而二级分页则只需要 1024 个页表项。（此时一级页表覆盖到了全部虚拟地址空间，二级页表在需要时创建）。

而当进程访问的虚拟地址在页表中查不到时，系统会产生一个缺页异常，进入系统内核空间分配物理内存、更新进程页表，最后再返回用户空间，恢复进程的运行。

局部性原理。

这样，地址结构就由段号、段内页号和页内位移三部分组成。

段页式地址变换中要得到物理地址须经过三次内存访问：

内核空间和用户空间两部分：

虽然每个进程都各自有独立的虚拟内存，但是每个虚拟内存中的内核地址，其实关联的都是相同的物理内存。这样，进程切换到内核态后，就可以很方便地访问内核空间内存。且所有段的起始地址都一样。（共享和保护）

通过这张图你可以看到，用户空间内存，从低到高分别是 7 种不同的内存段：

在这 7 个内存段中，堆和文件映射段的内存是动态分配的。比如说，使用 C 标准库的 malloc() 或者 mmap() ，就可以分别在堆和文件映射段动态分配内存。