物理内存和虚拟内存

1.概念

物理内存：真实的硬件设备（内存条）
虚拟内存：利用磁盘空间虚拟出的一块逻辑内存，用作虚拟内存的磁盘空间被称为交换空间（Swap Space）。（为了满足物理内存的不足而提出的策略）

在很久以前，还没有虚拟内存概念的时候，程序寻址用的都是物理地址，取决于CPU的地址线条数，32位平台的话 2^32也就是4G 。且每次开启一个进程都给4G的物理内存。很显然你内存小一点，这很快就分配完了，于是没有得到分配资源的进程就只能等待。

而后引入了虚拟内存极大解决了这方面的问题，一个进程运行时都会得到4G的虚拟内存。这个虚拟内存你可以认为，每个进程都认为自己拥有4G的空间，这只是每个进程认为的，但是实际上，在虚拟内存对应的物理内存上，可能只对应的一点点的物理内存，实际用了多少内存，就会对应多少物理内存。

2.使用过程

内核会将暂时不用的内存块信息写到交换空间，这样以来，物理内存得到了释放，这块内存就可以用于其它目的，当需要用到原始的内容时，这些信息会被重新从交换空间读入物理内存。

linux的内存管理采取的是分页存取机制，Linux系统会不时的进行页面交换操作，以保持尽可能多的空闲物理内存，即使并没有什么事情需要内存，Linux也会交换出暂时不用的内存页面。这可以避免等待交换所需的时间。而liunx 常用的交换算法，根据”最近最经常使用“算法，会将一些不经常使用的页面文件交换到虚拟内存。

有时我们会看到这么一个现象：linux物理内存还有很多，但是交换空间也使用了很多。其实，这并不奇怪，例如，一个占用很大内存的进程运行时，需要耗费很多内存资源，此时就会有一些不常用页面文件被交换到虚拟内存中，但后来这个占用很多内存资源的进程结束并释放了很多内存时，刚才被交换出去的页面文件并不会自动的交换进物理内存，除非有这个必要，那么此刻系统物理内存就会空闲很多，同时交换空间也在被使用，这是正常现象。

进程访问一个内存时过程：

• 进程还没开始运行时， 磁盘中程序的文件和虚拟内存先建立好映射，此时数据还在磁盘中。并没有拷贝到物理内存
• 当运行对应程序代码段的时候，之前虚拟内存建立的映射中，会有张页表项，记录实际的磁盘地址，和是否已经加载到物理内存中。
• 当发现数据未加载到物理内存时，发生缺页异常，对应的缺页中断响应函数会将磁盘上的数据拷贝到物理内存中。
• 而当对应的数据已经加载过时，会直接从物理内存获取。同时要是已经拷贝到物理内存的数据好久没用，liunx又会将不经常使用的页面文件交换到虚拟内存

虚拟内存与物理内存的联系

3.页表的工作原理如下图

• 我们的cpu想访问虚拟地址所在的虚拟页(VP3)，根据页表，找出页表中第三条的值.判断有效位。 如果有效位为1，DRMA缓存命中，根据物理页号，找到物理页当中的内容，返回。
• 若有效位为0，参数缺页异常，调用内核缺页异常处理程序。内核通过页面置换算法选择一个页面作为被覆盖的页面，将该页的内容刷新到磁盘空间当中。然后把VP3映射的磁盘文件缓存到该物理页上面。然后页表中第三条，有效位变成1，第二部分存储上了可以对应物理内存页的地址的内容。
• 缺页异常处理完毕后，返回中断前的指令，重新执行，此时缓存命中，执行1。
• 将找到的内容映射到告诉的缓存当中，CPU从告诉的缓存中获取该值，结束。

总结

• 物理内存是所有进程都可以访问的一块内存区域，物理内存又非常有限，因此liunx为了充分利用物理内存，只有当程序第一次执行到这块代码段时，根据分页表，缺页中断处理将数据拷贝到物理内存。
• 当不同的进程使用同一段代码时，比如库文件的代码，在物理内存中可以只存储一份这样的代码，不同进程只要将自己的虚拟内存映射过去就好了，这样可以节省物理内存

本文部分转自该楼主虚拟内存与物理内存的联系与区别 的博客，有需要可参考