面试题:虚拟内存和物理内存关系

虚拟内存和物理内存的联系和区别

对于32位的机器，每个进程都认为自己有4G的内存空间，但是实际上虚拟内存对于的物理内存可能只有一点。

进程得到的4G的虚拟内存是连续的地址空间，但是实际上，它是被分割成多个物理内存碎片，还有一些部分存储在外部磁盘存储器中，需要的时候进行数据交换。

进程访问一个地址可能会经历的过程：

1. 每次访问一个地址，首先要把地址翻译成实际的物理内存地址
2. 所有的进程共享一块物理内存，每个进程只把目前需要的虚拟内存映射到物理内存上。
3. 进程需要知道哪些地址空间的数据在物理内存上，哪些在磁盘上。通过页表来记录。
4. 页表每个表项分为两个部分，第一部分记录是否在物理内存上，第二部分记录在物理内存的的地址。
5. 当进程访问某个地址的时候，先会去看页表，如果数据不在物理内存上，就会发生缺页异常。
6. 缺页异常的处理过程是，操作系统阻塞该进程，从硬盘中换入对应的也到内存里，然后该进程就绪，如果内存满了，就找一个页覆盖。怎么覆盖就需要看操作系统的页面置换算法。

总结

当每个进程创建的时候都分配的4G的虚拟内存，当进程还没有开始运行的时候，程序的代码段和数据段实际上都放在磁盘中，此时是虚拟内存和磁盘文件之间的映射关系叫做存储器映射。
当进程开始运行的时候，进程去寻找页表，页表中的地址不在物理内存上，因此就会发生缺页异常，就会从磁盘拷贝数据按照页面置换算法，拷贝数据同时置换对应的页面。

在malloc中我们知道操作系统只是分配的虚拟内存给进程。

优点

1. 既然每个进程的内存空间都是一致而且固定的（32位平台下都是4G），所以链接器在链接可执行文件时，可以设定内存地址，而不用去管这些数据最终实际内存地址，这交给内核来完成映射关系
2. 不同进程使用同一段代码的时候，比如库文件代码，就可以在屋里内存中只存储一份这样的代码，只要设置映射关系即可。
3. 程序分配连续空间的时候，只要在虚拟空间中分配连续的内存，物理空间上可以用碎片化的内存来进行分配。这样可以有效的利用物理内存空间，减小内存碎片的产生。