虛擬內存和物理內存通俗易懂（物理內存與虛擬內存）

2023-10-26 19:08:12 1

虛擬內存和物理內存通俗易懂?物理內存就是你的機器本身內存了（如內存條的大小）物理內存就是CPU的地址線可以直接進行尋址的內存空間大小比如8086隻有20根地址線，那麼它的尋址空間就是1MB，我們就說8086能支持1MB的物理內存，及時我們安裝了128M的內存條在板子上，我們也只能說8086擁有1MB的物理內存空間同理我們現在大部分使用的是32位的機子，32位的386以上CPU就可以支持最大4GB的物理內存空間了，今天小編就來聊一聊關於虛擬內存和物理內存通俗易懂?接下來我們就一起去研究一下吧!

虛擬內存和物理內存通俗易懂

物理內存就是你的機器本身內存了（如內存條的大小）。物理內存就是CPU的地址線可以直接進行尋址的內存空間大小。比如8086隻有20根地址線，那麼它的尋址空間就是1MB，我們就說8086能支持1MB的物理內存，及時我們安裝了128M的內存條在板子上，我們也只能說8086擁有1MB的物理內存空間。同理我們現在大部分使用的是32位的機子，32位的386以上CPU就可以支持最大4GB的物理內存空間了。

虛擬內存技術，即拿出一部分硬碟空間來充當內存使用，當內存佔用完時，電腦就會自動調用硬碟來充當內存，以緩解內存的緊張。比如說當電腦要讀取一個比物理內存還要大的文件時，就要用到虛擬內存，文件被內存讀取之後就會先儲存到虛擬內存，等待內存把文件全部儲存到虛擬內存之後，就把虛擬內裡儲存的文件釋放到原來的目錄裡了。

計算機的內存大小等於實際物理內存容量加上「分頁文件」（就是交換文件）的大小。

RAM 就是高速緩存，通電就具有記憶功能，斷電就失去，也就是運行內存，就是用來存放臨時文件，而「內存」就是RAM的一種物理硬體，廣義來說兩者也可以說是同一概念。而虛擬內存是系統利用硬碟分出來的具有輔助內存工作的虛擬RAM，不是硬體，但又依靠硬碟。

內存就是RAM。虛擬內存並不是把硬碟當作內存，而是在硬碟上創建的交換文件。

當物理內存用完後，虛擬內存管理器選擇最近沒有用過的，低優先級的內存部分寫到交換文件（頁面文件）上，並將需要訪問內存的程序的內容從頁面文件中換入到物理內存。

正在運行的一個進程，他所需的內存是有可能大於內存條容量之和的，比如你的內存條是256M，你的程序卻要創建一個2G的數據區，那麼不是所有數據都能一起加載到內存（物理內存）中，勢必有一部分數據要放到其他介質中（比如硬碟），待進程需要訪問那部分數據時，在通過調度進入物理內存。所以，虛擬內存是進程運行時所有內存空間的總和，並且可能有一部分不在物理內存中，而物理內存就是我們平時所了解的內存條。有的地方呢，也叫這個虛擬內存為內存交換區。關鍵的是不要把虛擬內存跟真實的插在主板上的內存條相掛鈎，虛擬內存它是「虛擬的」不存在，假的啦，它只是內存管理的一種抽象！

什麼是虛擬內存地址和物理內存地址呢。假設你的計算機是32位，那麼它的地址總線是32位的，也就是它可以尋址00xFFFFFFFF（4G）的地址空間，但如果你的計算機只有256M的物理內存0x0x0FFFFFFF（256M），同時你的進程產生了一個不在這256M地址空間中的地址，那麼計算機該如何處理呢？回答這個問題前，先說明計算機的內存分頁機制。

計算機會對虛擬內存地址空間（32位為4G）分頁產生頁（page），對物理內存地址空間（假設256M）分頁產生頁幀（page frame），這個頁和頁幀的大小是一樣大的，所以呢，在這裡，虛擬內存頁的個數勢必要大於物理內存頁幀的個數。在計算機上有一個頁表（page table），就是映射虛擬內存頁到物理內存頁的，更確切的說是頁號到頁幀號的映射，而且是一對一的映射。但是問題來了，虛擬內存頁的個數 > 物理內存頁幀的個數，豈不是有些虛擬內存頁的地址永遠沒有對應的物理內存地址空間？不是的，作業系統是這樣處理的。作業系統有個頁面失效（page fault）功能。作業系統找到一個最少使用的頁幀，讓他失效，並把它寫入磁碟，隨後把需要訪問的頁放到頁幀中，並修改頁表中的映射，這樣就保證所有的頁都有被調度的可能了。這就是處理虛擬內存地址到物理內存的步驟。

什麼是虛擬內存地址和物理內存地址?

虛擬內存地址由頁號（與頁表中的頁號關聯）和偏移量組成。頁號就不必解釋了，上面已經說了，頁號對應的映射到一個頁幀。那麼，說說偏移量。偏移量就是我上面說的頁（或者頁幀）的大小，即這個頁（或者頁幀）到底能存多少數據。舉個例子，有一個虛擬地址它的頁號是4，偏移量是20，那麼他的尋址過程是這樣的：首先到頁表中找到頁號4對應的頁幀號（比如為8），如果頁不在內存中，則用失效機制調入頁，否則把頁幀號和偏移量傳給MMU（CPU的內存管理單元）組成一個物理上真正存在的地址，接著就是訪問物理內存中的數據了。總結起來說，虛擬內存地址的大小是與地址總線位數相關，物理內存地址的大小跟物理內存條的容量相關。

可以認為虛擬空間都被映射到了磁碟空間中，（事實上也是按需要映射到磁碟空間上，通過mmap），並且由頁表記錄映射位置，當訪問到某個地址的時候，通過頁表中的有效位，可以得知此數據是否在內存中，如果不是，則通過缺頁異常，將磁碟對應的數據拷貝到內存中，如果沒有空閒內存，則選擇犧牲頁面，替換其他頁面。

mmap是用來建立從虛擬空間到磁碟空間的映射的，可以將一個虛擬空間地址映射到一個磁碟文件上，當不設置這個地址時，則由系統自動設置，函數返回對應的內存地址（虛擬地址），當訪問這個地址的時候，就需要把磁碟上的內容拷貝到內存了，然後就可以讀或者寫，最後通過manmap可以將內存上的數據換回到磁碟，也就是解除虛擬空間和內存空間的映射，這也是一種讀寫磁碟文件的方法，也是一種進程共享數據的方法 共享內存