【读书笔记】虚拟地址的概念？分页分段的概念

56 阅读 0 评论 37 点赞

我是靠谱客的博主冷静航空，最近开发中收集的这篇文章主要介绍【读书笔记】虚拟地址的概念？分页分段的概念，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、虚拟地址概念由来

早期计算机中，程序直接运行在物理内存，也就是说，程序在运行时所访问的地址都是物理地址。那么如果一台计算机只运行一个程序，只要这个程序要求的物理内存空间不超过物理内存的大小，就不会出问题。

但是！为了高效利用硬件资源（CPU、内存、IO设备），计算机一定要同时运行多个程序，那么多个程序直接运行在物理内存上，可能会出现不可描述的未知错误，比如：“如何将计算机有限的内存分配给多个程序”就是一个大问题。

举例：

假设某台计算机有128MB的内存，程序a运行需要10MB,b需要100MB，c需要20MB。同时运行a，b，比较直接的做法是将内存的前10MB给a程序，10MB~110MB给b。这样的话，就会出现问题。

1.地址空间不隔离

abc直接访问物理地址，程序所使用的内存空间不隔离。那么恶意程序就可以改写其他程序的内存数据，以达到破幻目的。或者程序不小心修改额其他程序的数据，会导致其他程序崩溃。

2.内存使用率低

由于没有内存管理机制，通常需要一个程序执行时，监控程序就将整个程序装入内存中然后开始执行。如果我们忽然要运行c程序，内存不够了，这时可以用交换分区解决：将其他程序写入磁盘空出内存，再运行c，c运行完再将磁盘中数据。大量的数据换入换出，导致效率低下。

3.程序运行时的地址不确定

程序每次需要装入运行时，需要给它从内存中分配一块足够大的空闲区域，这个空闲区域的位置不确定。这就带来了问题。

因为程序编写时，它访问数据和指令跳转时的目标地址很多是固定的，这就涉及到重定位问题。

为了解决这几个问题，思路就是：增加中间层，使用一种间接的地址访问方法。把程序给出的地址看作是一个虚拟地址，然后通过某些映射的方法，将虚拟地址转化为实际的物理地址。这样只需要控制好这个虚拟地址到物理地址的映射过程，就可以保证任意一个程序所访问的物理地址内存区域和另一个程序互相不重叠，就达到地址空间隔离的效果。

------------------------------------------------

说回到我们现在的计算机，我们知道每个进程都有4G的虚拟地址空间？

怎么来的呢？

是因为在32位的机器中（32位说的是CPU硬件），有32根计算机地址线，那么物理地址就有4GB，那如果内存只有1G呢？

只是说有效的物理地址空间是1G，其他的是无效的存在。

----------------------------------------------

要把虚拟地址空间映射到物理地址（装载的概念）就要涉及到分段、分页的概念了。

这一部分就是操作系统要去做的事情了，涉及到页映射，页装载，及其映射的算法：FIFO先进先出、LUR最少使用......

二、分段和分页（可参考https://blog.csdn.net/QX_a11/article/details/89338810）

1.分段什么意思？

把程序所需大小的虚拟空间映射到物理地址上。

举例：

程序a需要10MB的内存空间，我们现在有a程序的虚拟空间，地址从0x00000000到0x00A00000 （大小10MB），然后从物理内存上划分出一个10MB的物理地址，假设是0x00100000到0x00B00000，然后把这两个10MB的虚拟空间和物理空间一一映射（虚拟空间中的每个字节对应到物理内存空间上）。

结果：分段解决的地址隔离问题和运行时地址不确定的问题，但是解决不了效率低下（如果内存不足，就要换进换出）。怎么办？分页...

2.分页：

基本方法：把地址空间等份分成固定大小，每一页的大小由硬件决定，目前绝大多数PC中，设定为为每页4KB。

把进程的地址空间按页分割，把常用的数据和代码装载到内存中，把不常用的代码和数据保存在磁盘中，当需要用到时再把磁盘中的页取出来。