内存是系统中非常重要的部分。内存的大小和操作受cpu的限制。CPU现在都是64位的，在一些普通的计算不是很繁重的机器上面，32位也是很常见的。位数就和公路一样，位数越高，公路越宽，也就越快。当然光cpu是64位的不行，主板也需要支持64位的。
CPU的位数表示每次可以发出来的数据，32位可以发出来32个0或1的数据也就是可以表示int（2的32次方）的值。这个数据如果是用来取内存操作，那么32位的cpu就只能识别4G的物理内存大小。
好了，到这我们就开始讨论内存的事了，上面是引出内存的大小问题。
我们的目前大部分用的系统都是抢占式多进程的系统，同时可能有多个进程在运行，也就是这么多的进程需要分用这最多的4G的物理内存，看着很容易就不够用了。（我们现在系统都是64位，内存16G，32G也很正常，这里主要以32位进行讨论）。
场景1. 原始
操作系统：我把内存分成块，每一块的大小为4K，并且按照顺序标上号。每个进程需要用的时候，我把对应的标号分给对应的进程，进程只能取这些标号中的内容。
进程A：我是用户启动的一个进程，想要用内存，和系统申请了3，4，5，456，4322，标号的内存，自己记录这些占用物理内存的区域。
操作系统：喂，进程A，你读到6块的内容啦，同时又写数据到9块啦，影响到进程B啦。
进程B：我的9块内存区域怎么为0了，空指针，我已经阵亡了......
进程A：啊，我代码有问题，我的创建者重新改下了，更严重的问题可能还会导致整个系统的挂掉。
场景2. 方案商讨
操作系统：我要保证整个系统的稳定，就不能让进程A影响的进程B，他们互相不知道对方的内容，无法非法去读或写。
进程A：你要满足我随时申请内存，大小不要受到限制，最好能达到cpu控制的最大范围(4G)。
操作系统：... 那我需要满足你们，不是你一个进程，而且我要总体最大只有4G的物理内存。
进程A：我希望能够尽量获得连续的内存，即使物理内存中的内容可能已经不连续了，但是这个对我的运行是有好处的。
操作系统：既要随时申请，又要连续，我又不是为你一个进程服务的，就一个小小的内存怎么满足的了。
场景3. 进阶
操作系统：我已经实现好了，各位你们用用看。
进程A：好的，我先用用。
进程A：啊，我连续申请了10次10M的内容，而且前后都有一段时间差，但是竟然都是连续的地址空间，和以前完全不一样，好像大小也没怎么受到限制。
进程B：对啊， 我也一样，我这边拿到的内存地址很多都和我哥进程A的一致，但是我怎么改都不影响他的运行，甚至逻辑都没有错。
进程A：大佬，你是怎么做到的。我们的地址都一样为啥操作了又不影响。
操作系统：哈哈，你们拿到的都不是真实的物理内存地址，使用的时候需要经过我的一次映射到真实的物理内存。在你们各自看起来是连续的片段，但是在映射到内存的时候可能并不是连续的。 但你们各自的最大内存仍然是连续的4G空间。这个就是我操作系统的虚拟内存机制，但虚拟内存是属于你们进程的。
操作系统：但是还是和以前一样，所有人共用这4G的物理内存空间。每个人4G只是虚拟的。如果每个人加起来超过4G了，我这边还有个机制，就是会把不活跃的内存区域写入到更慢的磁盘中，将物理内存释放出来，给别人使用。如果进程需要用到这块了，虚拟内存触发到缺页机制，从磁盘读取。当然这个也优化过的，性能在一定上能保证。
进程B：这个是swap么？
操作系统：不是，形式有点像，swap机制是整个内存都不可使用了，才会触发swap和内存的不停交换。如果大量用到swap，那么整个系统已经快拖垮了。
虚拟内存关系图
在后续迭代优化中，CPU又加入的mmu模块，专门用于虚拟内存的映射。而且操作系统还加入页面映射的缓存机制，从这两点上加快了虚拟内存的映射速度。目前虚拟内存大量用于各操作系统中。
虚拟内存映射物理内存有相关的结构处理，这个我们在下一篇进行解读。
大家有疑问可以在下面提，相关解答我会可以整理后放进原文中，大家一起探讨问题
网友评论