操作系统基础（十）物理地址和虚拟地址

物理地址

  指的是真实物理内存中地址，更具体一点就是内存地址寄存器中的地址。物理地址是内存单元真正的地址。

  我们32位的系统的地址空间就是我们的2^{32字节(4GB),而64位的地址空间大小就是2}64个字节。

虚拟地址

  现代处理器增加一个中间层，利用一种间接的地址访问方法访问物理内存。按照这种方法，程序中访问的内存地址不再是实际的物理内存地址，而是一个虚拟地址(Virtual Addressing)，然后由操作系统将这个虚拟地址映射到适当的物理内存地址上。这样，只要操作系统处理好虚拟地址到物理内存地址的映射，就可以保证不同的程序最终访问的内存地址位于不同的区域，彼此没有重叠，就可以达到内存地址空间隔离的效果。

  实际上完成虚拟地址转换为物理地址转换的硬件是 CPU 中含有一个被称为 内存管理单元（Memory Management Unit, MMU） 的硬件。

  通过虚拟地址访问内存有以下优势：

• 程序可以使用一系列相邻的虚拟地址来访问物理内存中不相邻的大内存缓冲区。
• 程序可以使用一系列虚拟地址来访问大于可用物理内存的内存缓冲区。当物理内存的供应量变小时，内存管理器会将物理内存页（通常大小为 4 KB）保存到磁盘文件。数据或代码页会根据需要在物理内存与磁盘之间移动。
• 不同进程使用的虚拟地址彼此隔离。一个进程中的代码无法更改正在由另一进程或操作系统使用的物理内存。
• 当不同的进程使用同样的代码时，比如库文件的代码，物理内存中可以值存储一份这样的代码，不同的进程只需要把自己的虚拟内存映射过去就可以了，节省内存。