物理内存和虚拟内存

物理内存

• 物理内存时有限的，当有多个进程要执行的时候，假设都要给4G内存，很显然你内存小一点，这很快就分配完了，于是没有得到分配资源的进程就只能等待。当一个进程执行完了以后，再将等待的进程装入内存。这种频繁的装入内存的操作是很没效率的
• 由于指令都是直接访问物理内存的，那么我这个进程就可以修改其他进程的数据，甚至会修改内核地址空间的数据，这是我们不想看到的

虚拟内存：

• 通过 虚拟内存 可以让程序可以拥有超过系统物理内存大小的可用内存空间。另外，虚拟内存为每个进程提供了一个一致的、私有的地址空间，它让每个进程产生了一种自己在独享主存的错觉（每个进程拥有一片连续完整的内存空间）。
• 使用虚拟寻址，CPU需要将虚拟地址翻译成物理地址，这样才能访问到真实的物理内存。 实际上完成虚拟地址转换为物理地址转换的硬件是 CPU 中含有一个被称为 内存管理单元（Memory Management Unit, MMU）的硬件。MMU 需要借助存放在内存中的页表来动态翻译虚拟地址，该页表由操作系统管理。

虚拟地址、物理地址

首先，我们打开一个进程发一个指令，会生成一个虚拟地址，该虚拟地址中有虚拟页号和页偏移量，由虚拟页号和MMU中的页表寄存器（表示页表在主存当中的起始位置）做一个偏移，就可以找到与这个虚页号对应的页表项在主存当中的物理地址，如果有效位为1的话，表示当前主存有这个页，那么我们就将这个页表项取出来，也就是知道了物理页号，再用这个物理页号与虚拟地址中的页内偏移相拼接，这样就得到物理地址。这样实现了虚拟地址向物理地址转化的过程。

如果有效位为0的话，表示要的页不在主存中，这个时候产生一个缺页异常，请求操作系统将所需要页调换进主存。之后返回产生缺页异常的进程，再次进行虚实地址的转化。