操作系统的内存与空间

物理内存与虚拟内存

内存是计算机每部的一些存储器，用于保存cpu运算的中间数据和计算结果。
所谓物理内存就是RAM(Random Access Memory随机存储器)，具有高速存取、读写时间相等，如计算机内存，在计算机中还有一种结构叫做寄存器，可以用于存储计算单元执行指令(如浮点、整数的运算)的中间结果。寄存机的大小决定了一次计算可使用的最大数值。
连接处理器和RAM或者处理器和寄存器的是地址总线，这个地址的总线宽度影响了物理地址的索引范围，因为总线的宽度决定了处理器一次可以从寄存器或者内存中获取多少位个bit。同时也决定了处理器最大可以寻址的地址空间，内存寻址是需要根据地址来得，一个32位的地址总线最多可以代表2^32=4294967296个内存位置，每个地址会引用一个字节，所以32为的总线宽度2^32B=2^22KB=2^12MB=2^2G。所以一个32位宽度的计算机总内存最大为4G。
通常，地址总线和寄存器或者RAM具有相同的位数，这样更容易传输数据，X86会有例外。
运行程序都要先向操作系统申请内存，操作系统中内存的分配是按照进程为单位来进行分配的，每个进程拥有一段自己独立的内存空间，每个内存空间不能重合，操作系统也会保证每个进程只能访问自己的内存空间，这主要是从程序安全性来考虑的。这里的独立只是逻辑上独立，也就是这个独立是操作系统来保证的，但真正的物理内存是否只能由一个进程来使用就不一定了。
虚拟内存使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。虚拟内存的出现使得多个进程同时运行时共享物理内存，这里的共享只是空间上共享，逻辑上时不能相互访问的。虚拟地址可以让进程共享物理内存、提高内存利用率，还能扩展内存的地址空间，如一段内存可以映射到物理内存文件或者其他可以寻址的存储上。

内核空间与用户空间

内核空间主要指操作系统用于程序调度、虚拟内存的使用或者连接硬件资源等的程序逻辑。为了保证操作系统的稳定向，运行在操作系统中的用户进程不能访问操作系统所使用的内存空间。如果用户程需要访问硬件资源，如网络连接等，可以调用操作系统提供的接口来实现，这个接口的调用其实也是系统调用。每次系统调用都会存在两个内存空间的切换，通常的网络传输也是一次系统调用，通过网络传输的数据先是从内核空间从远程主机接受数据，然后再从内核空间复制到用户空间，供程序使用。这种复制手段很费时，虽然包住了程序运行时的安全性与稳定性，但是也牺牲了部分效率。现在linux系统上提供了sendfile文件传输方式来减少这种复制方式的成本。
内核空间和用户空间大小分配也是个需要权衡的问题，如果是一台登录服务器要分配更多的内核空间，因为没有个登录用户操作系统都会初始化一个用户进程，这个进程大部分在内核空间运行。当前windows内核:用户为1:1(也就是大约2G内核空间，2G用户空间)，linux为1:3。