详解操作系统中虚拟内存与物理内存
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发布时间:2024-10-14 04:05
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时间:2024-10-15 07:48
在操作系统中,内存管理是一个关键概念。首先,我们来理解物理内存,它是实际安装在计算机主板上的内存,其大小受限于CPU的地址线数量。例如,8086由于只有20根地址线,最大支持1MB物理内存,而现代32位CPU如386及以上,理论上可支持4GB物理内存。
然而,进程在运行时可能需要的内存超过实际内存容量,这就催生了虚拟内存的概念。虚拟内存并非物理内存的简单扩展,而是进程运行时所有内存的总和,即使部分数据存储在硬盘上,通过调度机制在需要时加载到物理内存中。没有虚拟内存时,遇到的问题包括:内存不足导致程序频繁与硬盘交换数据,效率低下;进程间的内存空间互相干扰;以及随机分配的内存地址可能导致程序运行错误。
在Linux中,虚拟内存通过分页机制解决这些问题。每个进程和内核都有自己的虚拟存储空间,比如一个32位系统中,进程可能占用3GB虚拟内存,内核占用1GB。虚拟内存地址和物理内存地址通过页表映射,虚拟内存地址大于物理内存容量时,页面失效机制会将不再使用的物理内存腾出,将需要的页面调入内存并更新页表,确保所有页面都能被调度。
虚拟内存地址由页号和偏移量组成,页号指向页帧,偏移量指示在页内的位置。在访问时,CPU通过MMU将虚拟地址转换为物理地址,实现数据访问。虚拟内存地址的大小由CPU地址线决定,而物理内存地址则由内存条容量决定。