虚拟内存的作用是什么虚拟内存有什么用 _知识百科

系统中的进程与其他进程共享CPU和主存。首先进程多需要的内存也多，其次内存易被破坏，如进程A不小心写入进程B使用的内存。为更有效管理内存且少出错，系统提供对主存的抽象概念叫虚拟内存。虚拟内存是硬件异常、硬件地址翻译、主存、磁盘文件和内核的完美交互，为每个进程提供大的、一致的和私有的地址空间，虚拟内存提供三个重要能力：
使用主存更有效率：用 DRAM 作为部分的虚拟地址空间的缓存
简化内存管理：每个进程都有统一的线性地址空间
隔离地址空间：进程间不会相互影响；用户程序不能访问内核信息和代码
1 地址空间物理地址通常应用在“简单”的嵌入式微控制器中（汽车、电梯等），内存管理较简单，但现代计算机，包括其他智能设备如笔记本电脑、智能手机等，需要较复杂的内存管理机制，因此虚拟地址必不可少，它是计算机科学中最伟大的ideas之一。

文章插图

文章插图

2 虚拟内存作为缓存工具概念上来说，虚拟内存就是存储在磁盘上的 N 个连续字节的数组。磁盘上数组的内容被缓存在物理内存上（DRAM缓存）），其中的每个缓存块(cache block)就称为页(page) ，如下图所示：

文章插图

任何时刻，虚拟页都可分为三个部分：
未分配的：VM系统还未分配或创建的页，不占用任何磁盘空间
缓存的：已缓存在主存中的已分配的页
未缓存的：未缓存在物理内存中的已分配页
具体看上图：0和3未分配， 1、4、6被缓存在物理内存， 2、5、7被分配但未缓存在主存
2.1 DRAM缓存组织和之前的 cache memory类似，将访问速度快的作为访问速度慢的缓存，利用DRAM比磁盘快一万倍，将磁盘数据尽量缓存在DRAM中（同样DRAM比SRAM慢10倍，也可将SRAM作为缓存），所以需尽可能从 DRAM中拿数据。为此需要：
更大的页尺寸(page size)：通常是 4KB ， Linux”huge pages”是2M到1G
全相联(Fully associative)：每一个虚拟页(virual page)可以放在任意的物理页(physical page)中，映射函数很复杂，不同于缓存，无法在硬件中实现，置换算法较昂贵
通常使用 Write-back 而非 Write-through 机制
Write-through: 命中后更新缓存，同时写入到内存中
Write-back: 直到这个缓存需要被置换出去，才写入到内存（需dirty bit表示缓存中数据是否和内存中相同，因为可能某时刻内存中对应地址的数据已更新，重复写入就会导致原有数据丢失）
2.2 页表页表是一个元素为页表项(PTE, page table entry)的数组，页表项把虚拟页映射到物理页上。 PTE由1个有效位和n个地址字段组成。在 DRAM 中，每个进程都有自己的页表，具体如下：

文章插图

2.2.1 页命中访问的虚拟地址的页在DRAM缓存中，则叫页命中，命中时由于在 DRAM 中有对应的数据，可直接访问。不命中时，由于DRAM中没有对应数据，所以需从磁盘复制到DRAM中，具体为：
MMU触发 Page fault异常
将模式升级为内核模式
调用软件页面错误处理程序
Page fault handler选择DRAM中要被置换的page ，并把数据从磁盘复制到DRAM中，复制的等待时间称为demand paging
重新执行访问指令，这时候就会是page hit
2.2.2 处理页错误

虚拟内存的作用是什么 虚拟内存有什么用

虚拟内存的作用是什么虚拟内存有什么用