江津做电子商务网站,自己建网站做网店,网站大多用源码来做吗,平台设计是做什么的虚拟内存 操作系统会提供⼀种机制#xff0c;将不同进程的虚拟地址和不同内存的物理地址映射起来。
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程序所使⽤的内存地址叫做虚拟内存地址#xff08;Virtual Memory Address#xff09;实际存在硬件⾥⾯的空间地址叫物理内存地址#xff08;Physi…虚拟内存 操作系统会提供⼀种机制将不同进程的虚拟地址和不同内存的物理地址映射起来。
两个概念
程序所使⽤的内存地址叫做虚拟内存地址Virtual Memory Address实际存在硬件⾥⾯的空间地址叫物理内存地址Physical Memory Address
管理虚拟地址与物理地址的两种方式
内存分段管理内存分页管理
内存分段
程序是由若⼲个逻辑分段组成的如可由代码分段、数据分段、栈段、堆段组成。 不同的段是有不同的属性的所以就⽤分段Segmentation的形式把这些段分离出来。
分段机制下的虚拟地址由两部分组成段选择因子和段偏移量 段选择因⼦就保存在段寄存器⾥⾯。段选择⼦⾥⾯最重要的是段号⽤作段表的索引。 段表⾥⾯保存的是这个段的基地址、段的界限和特权等级等。虚拟地址中的段内偏移量应该位于 0 和段界限之间如果段内偏移量是合法的就将段基地址加上段内偏移量得到物理内存地址。
不足之处
第⼀个就是内存碎⽚的问题。第⼆个就是内存交换的效率低的问题。
内存碎片问题
假设有 1G 的物理内存⽤户执⾏了多个程序其中
游戏占⽤了 512MB 内存浏览器占⽤了 128MB 内存⾳乐占⽤了 256 MB 内存 这个时候如果我们关闭了浏览器则空闲内存还有 1024 - 512 - 256 256MB。 如果这个 256MB 不是连续的被分成了两段 128 MB 内存这就会导致没有空间再打开⼀个 200MB 的程序。
产生碎片的地方
外部内存碎⽚也就是产⽣了多个不连续的⼩物理内存导致新的程序⽆法被装载内部内存碎⽚程序所有的内存都被装载到了物理内存但是这个程序有部分的内存可能并不是很常使⽤这也会导致内存的浪费
解决内存交换
可以把⾳乐程序占⽤的那 256MB 内存写到硬盘上然后再从硬盘上读回来到内存⾥。不过再读回的时候我们不能装载回原来的位置⽽是紧紧跟着那已经被占⽤了的 512MB 内存后⾯。
内存交换效率低
因为硬盘的访问速度要⽐内存慢太多了每⼀次内存交换我们都需要把⼀⼤段连续的内存数据写到硬盘上。 所以 如果内存交换的时候交换的是⼀个占内存空间很⼤的程序这样整个机器都会显得卡顿
内存分页
分⻚是把整个虚拟和物理内存空间切成⼀段段固定尺⼨的⼤⼩。这样⼀个连续并且尺⼨固定的内存空间我们叫⻚Page。在 Linux 下每⼀⻚的⼤⼩为 4KB 。 虚拟地址与物理地址之间通过⻚表来映射 ⽽当进程访问的虚拟地址在⻚表中查不到时系统会产⽣⼀个缺⻚异常进⼊系统内核空间分配物理内存、更新进程⻚表最后再返回⽤户空间恢复进程的运⾏。
内存碎片、内存交换效率低解决
由于内存空间都是预先划分好的也就不会像分段会产⽣间隙⾮常⼩的内存这正是分段会产⽣内存碎⽚的原因。⽽采⽤了分⻚那么释放的内存都是以⻚为单位释放的也就不会产⽣⽆法给进程使⽤的⼩内存。 如果内存空间不够操作系统会把其他正在运⾏的进程中的「最近没被使⽤」的内存⻚⾯给释放掉也就是暂时写在硬盘上称为换出Swap Out。⼀旦需要的时候再加载进来称为换⼊Swap In。所以⼀次性写⼊磁盘的也只有少数的⼀个⻚或者⼏个⻚不会花太多时间 内存交换的效率就相对⽐较⾼
映射过程 简单分页缺陷
在 32 位的环境下虚拟地址空间共有 4GB假设⼀个⻚的⼤⼩是 4KB2^12那么就需要⼤约 100 万2^20 个⻚每个「⻚表项」需要 4 个字节⼤⼩来存储那么整个 4GB 空间的映射就需要有 4MB的内存来存储⻚表。 100 个进程的话就需要 400MB 的内存来存储⻚表这是⾮常⼤的内存了更别说 64 位的环 境了。 解决多级页表
我们把这个 100 多万个「⻚表项」的单级⻚表再分⻚将⻚表⼀级⻚表分为 1024 个⻚表⼆级⻚表每个表⼆级⻚表中包含 1024 个「⻚表项」形成⼆级分⻚。如下图所示 你可能会问分了⼆级表映射 4GB 地址空间就需要 4KB⼀级⻚表 4MB⼆级⻚表的内存这样占⽤空间不是更⼤了吗 当然如果 4GB 的虚拟地址全部都映射到了物理内存上的话⼆级分⻚占⽤空间确实是更⼤了但是我们往往不会为⼀个进程分配那么多内存。
如果某个⼀级⻚表的⻚表项没有被⽤到也就不需要创建这个⻚表项对应的⼆级⻚表了即可以在需要时才创建⼆级⻚表。
对于 64 位的系统两级分⻚肯定不够了就变成了四级⽬录分别是
全局⻚⽬录项 PGDPage Global Directory上层⻚⽬录项 PUDPage Upper Directory中间⻚⽬录项 PMDPage Middle Directory⻚表项 PTEPage Table Entry
问题页表的级数较多两个地址之间的转化较为缓慢 解决TLB
就可以利⽤这⼀特性把最常访问的⼏个⻚表项存储到访问速度更快的硬件于是计算机科学家们就在 CPU 芯⽚中加⼊了⼀个专⻔存放程序最常访问的⻚表项的 Cache这个 Cache 就是 TLBTranslation Lookaside Buffer 通常称为⻚表缓存、转址旁路缓存、快表等。
段页式管理
段⻚式内存管理实现的⽅式
先将程序划分为多个有逻辑意义的段也就是前⾯提到的分段机制接着再把每个段划分为多个⻚也就是对分段划分出来的连续空间再划分固定⼤⼩的⻚
地址结构就由段号、段内⻚号和⻚内位移三部分组成。 段⻚式地址变换中要得到物理地址须经过三次内存访问
第⼀次访问段表得到⻚表起始地址第⼆次访问⻚表得到物理⻚号第三次将物理⻚号与⻚内位移组合得到物理地址。
