記憶體總結

為了在多程序環境下，使得程序之間的記憶體位址不受影響，互相隔離，于是作業系統就為每個程序獨立配置設定一套虛拟位址空間，每個程式隻關心自己的虛拟位址就可以，實際上大家的虛拟位址都是一樣的，但分布到實體位址記憶體是不一樣的。作為程式，也不用關心實體位址的事情。

每個程序都有自己的虛拟空間，而實體記憶體隻有一個，是以當啟用了大量的程序，實體記憶體必然會很緊張，于是作業系統會通過記憶體交換技術，把不常使用的記憶體暫時存放到硬碟（換出），在需要的時候再裝載回實體記憶體（換入）。

那既然有了虛拟位址空間，那必然要把虛拟位址「映射」到實體位址，這個事情通常由作業系統來維護。

那麼對于虛拟位址與實體位址的映射關系，可以有分段和分頁的方式，同時兩者結合都是可以的。

記憶體分段是根據程式的邏輯角度，分成了棧段、堆段、資料段、代碼段等，這樣可以分離出不同屬性的段，同時是一塊連續的空間。但是每個段的大小都不是統一的，這就會導緻外部記憶體碎片和記憶體交換效率低的問題。

于是，就出現了記憶體分頁，把虛拟空間和實體空間分成大小固定的頁，如在 Linux 系統中，每一頁的大小為 ​

​4KB​

​。由于分了頁後，就不會産生細小的記憶體碎片，解決了記憶體分段的外部記憶體碎片問題。同時在記憶體交換的時候，寫入硬碟也就一個頁或幾個頁，這就大大提高了記憶體交換的效率。

再來，為了解決簡單分頁産生的頁表過大的問題，就有了多級頁表，它解決了空間上的問題，但這就會導緻 CPU 在尋址的過程中，需要有很多層表參與，加大了時間上的開銷。于是根據程式的局部性原理，在 CPU 晶片中加入了 TLB，負責緩存最近常被通路的頁表項，大大提高了位址的轉換速度。

• 第一，虛拟記憶體可以使得程序對運作記憶體超過實體記憶體大小，因為程式運作符合局部性原理，CPU 通路記憶體會有很明顯的重複通路的傾向性，對于那些沒有被經常使用到的記憶體，我們可以把它換出到實體記憶體之外，比如硬碟上的 swap 區域。
• 第二，由于每個程序都有自己的頁表，是以每個程序的虛拟記憶體空間就是互相獨立的。程序也沒有辦法通路其他程序的頁表，是以這些頁表是私有的，這就解決了多程序之間位址沖突的問題。
• 第三，頁表裡的頁表項中除了實體位址之外，還有一些标記屬性的比特，比如控制一個頁的讀寫權限，标記該頁是否存在等。在記憶體通路方面，作業系統提供了更好的安全性。