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标题: 详细介绍一下unix虚拟存储器 [打印本页]
作者: mytomorrow    时间: 2019-9-26 14:39
标题: 详细介绍一下unix虚拟存储器
       昨晚和舍友星光夜谈到12点多，今天一大早就要睡觉。你要问谈的什么这么来劲，我只能说既不是美女也不是电影，而是Linux下面的虚存管理机制！我们是不是很用功，哈哈哈。今天抽时间来对unix下面的虚存机制总结一下，就当温故而知新吧！; Q( w/ f/ S( E0 D+ B! ^

  k8 Y  C  @5 c& j! ~7 l       大家可能经常听说什么段页式内存管理，虚拟内存，虚地址等，然后没学过操作系统的朋友听着一片晕乎！今天我们就来深扒一下unix系统下的内存管理机制。
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* }1 R4 @. a9 G# P! t       首先很多朋友会问，为什么要有虚拟存储器呢？比如我单片机写程序的时候就直接用物理内存地址啊，没见得什么不妥的。确实，对应某个单一程序而言，在保证内存空间大小满足的情况下，确实不需要什么虚拟内存机制，直接用就OK了。但是对于一个多进程运行的系统而言，虚拟内存机制实在是必不可少的。我们知道一个系统的进程是与其他进程共享CPU和内存资源的，但是共享内存会形成一些问题。如果没有虚存机制，我们来看一下下面两种情况：
8 ?- A4 z5 B2 Y( A3 a/ c6 l
. P- a7 T5 ^2 D8 C1 ~4 K1.当多个进程需要的空间大于内存容量，那么它们当中必然会有某些进程无法运行，超过空间的进程就会崩溃了。/ O% m7 ?7 t3 z% i4 r: q

7 ^4 S1 x$ E  \2.当A进程不小心写了B进程使用的地址空间时，那么B进程在执行时行为会无法预测，太危险了。  P8 @, e1 g2 O6 p4 `; C' @
8 b# B6 z2 J  \* i
一直这样做也会使得物理存储器特别容易损坏。
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       为了更好地有效管理存储器并且不出错，现在的主流系统（unix/windows）都提供了虚拟内存管理机制，将逻辑存储地址与实际物理地址区分开来。并且虚存为每个进程都提供一个独立的，同等大小的私有地址空间。
1 p+ Z, Q) p5 b- H6 b5 |- n: y) z1 u8 P$ l
一. 虚拟寻址
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1 ?# z% x. ^& G; U* Y& J
  K8 W6 i4 Y7 a: P4 Y8 o4 d' w9 @
4 X+ r1 i" L5 b9 g; n图中的MMU是CPU芯片中用于将虚拟地址转换成物理地址的地址翻译器。
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; C, l5 B0 a% i: E. R首先忽略高级缓存L1,我们只看处理器，MMU，还有物理存储器。% H/ h5 ]  b* R- @
, G& b( y. W' O5 \
处理器只管寻址虚拟地址，交给MMU，MMU翻译成物理地址，到物理存储器中取指令或数据。) I: _& R1 u: g  Z
! X. H8 K5 ^' I0 O5 B
早期的PC和现在的数字信号处理器比如DSP，单片机等用的还是直接物理寻址，没有虚存机制。不过目前的计算机系统大都提供虚存机制。
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8 B/ I* u$ a( F  I- d4 G, v' P1 a" r' Q
二. 地址空间
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如果是虚存寻址，那么虚存空间可以完全和物理存储在逻辑上独立开来，容量也可以不受实际物理存储器的大小限制。那么实际虚存容量究竟有多大呢？以前在本科上课的时候听老师说过是4G，当时就郁闷过，如果一个进程所需空间大于4G怎么办，而且4G也不大啊。。。然后发现老师说的并不准确，确实虚存的大小要CPU地址总线长度有关系，如果是32位的CPU，那么2的32次方是4G。如果是64位的CPU（目前PC基本都是64位的，32位绝种了），那么2的64次方是4G*4G（太大了，天文数字）。。。因为太大了，远远超过目前实际所需，所以CPU生产厂商限制了地址位长。
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. y6 `$ H  f0 c6 t4 ~% t* y
$ S+ k7 {, D; Y7 T6 {+ ]1 O三.虚拟存储器结构
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. g; w- j' \7 w! N, q概念上讲，虚拟存储器(VM)被组织为一个由存放在磁盘（注意是磁盘！！！）上的N个连续的字节大小的单元组成的数组。每个字节都有一个唯一的虚拟地址，这个唯一的虚拟地址是作为到数组的索引。7 }# C0 {  v4 V7 S4 K* Q; j6 A$ |

1 T$ S/ }8 _" M+ q0 z8 C" ?( W+ O虚拟存储器以虚拟页为单位，每个页有P个字节。" O0 p" Q0 Q6 u9 X# w8 _0 ~: }
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物理内存也是以页为单位区别的，每个页也是P个字节，不过是叫物理页。. k8 [% h1 r, l6 ]. h
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虚拟存储机制是用物理内存做为缓存的，下面我们来看一下：
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: c* N1 q. z. v* K
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作者: fanichicl    时间: 2019-9-26 19:00
详细介绍一下unix虚拟存储器 。



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