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前言

内存管理方式

    分段式

    分页式

    段页式

虚拟地址如何映射到物理地址

缺页中断

内存交换

内存置换算法

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前言

    之前说过linux中的程序地址空间是使用的虚拟地址，虚拟地址和真实的物理地址有着某种特殊的映射关系（MMU，全称Memory Manage Unit）,使用虚拟地址可以提高内存利用率，实现离散式存储和内存访问控制。

    Linux中内存管理方式有三种：分段式、分页式、段页式。

内存管理方式

    分段式

        分段式内存管理是将整体虚拟地址空间划分为多个段（包括代码段、数据段、栈区、堆区等等）。这种内存管理方式的好处是有利于对地址空间进行管理。

    分页式

        这种内存管理方式是将整体虚拟地址空间划分为很多个小的分页（默认4096字节为一页，每页数据量越小，地址空间利用率越高），分页式的作用是实现离散式存储，提高内存利用率。

    段页式

        这种内存管理方式就是分段式和分页式的集合，即先将地址分段，然后对每段分页。

虚拟地址如何映射到物理地址

    分段式：在这种方式下虚拟地址的组成是段号和段内偏移量

    虚拟地址会通过段表来映射物理地址，段表是一种数据结构，其中描述了相关信息、段号和物理内存的起始地址。

    通过上图可知，实际地址=起始地址+偏移量。

   

    分页式：分页式的映射方式和分段式差不多，分页式的虚拟地址由页号和页内偏移量组成。

    虚拟地址通过页表来映射物理地址，页表主要包括页号、物理内存起始地址、缺页中断位、访问权限（当前地址能进行什么样的操作）组成。

    映射方式和分段式一样，是通过虚拟地址中的页号找到页表中物理内存起始地址，然后根据起始地址+页内偏移量得到物理地址。

    分段式和分页式的不同之处在于应用方向不同，分段式利于管理，分页式趋向于碎片化管理，提高内存利用率且便于控制内存的访问。

缺页中断

    当程序要访问一块内存时，经过页表映射时发现页表中的缺页中断位被置位（这个地址原先的数据现在不存在于内存中了），则会触发缺页中断。触发缺页中断后需要重新进行内存置换才能访问，置换后的地址不一定与原地址相同。

内存交换

    因为计算机内存是有限的，如果内存满了，那么再想加载一个新程序进来的话计算机是会直接崩溃的，为了避免内存满后无法运行新的内存，故设计计算机按某种规则将内存中的某些数据从内存中移到硬盘上（实际上是暂时移动到硬盘上的交换区也叫swap区，这个区大小通常是内存大小的两倍，而且不会被我们计算机用户所用，也就是说我们平常在计算机中看到的磁盘总大小是不包含交换区的），然后将腾出的空间供当前程序所用。

    这里注意一旦出现内存交换后，程序运行速率变慢，因为内存交换的效率低下，所以平常我们在计算机上开太多软件或游戏后，电脑会变卡。

内存置换算法

    内存置换算法主要有 LRU——最久未使用， 即会将最久未使用的数据移动到磁盘上

                                      LFU——最少未使用 ，即会将最少未使用的数据移动到磁盘上

                                      FIFO——先进先出（和队列相似），即最先进入内存的数据会被交换