前面講了單純的操作系統的虛擬內存、linux進程的虛擬地址，然後又講了linux的進程的內存佈局，其實那張圖就是linux進程的虛擬內存。

取自：https://blog.csdn.net/dlutbrucezhang/article/details/9058583

可是感覺理解不夠，所以再來學習： 下面這部分是參考這個視頻學習的：

bilibili.com/video/av42 這個說的是linux的 swap

這稱為交換過程。這樣你的linux系統就可以釋放一些ram空間，並且由於缺乏內存不會崩潰。因為 linux swap是擴展ram的一種非常有用的方法，因為它提供了必要的ram空間耗盡且必須繼續進程時的額外內存。所以這就是為什麼你安裝linux的時候會提示你要為交換linux內核通常使用RAM內存來存儲臨時信息，當沒有足夠的ram空間時，linux內核會從中獲取一些ram信息，並將其寫入硬碟驅動器上的交換空間。分區分配空間。如下圖：

我們需要linux swap嗎？

通常你的ram已滿並且linux內核沒有可寫空間時，你的系統將崩潰。但如果你有交換分區，那麼linux內核和程序會使用它，所以你的程序不會崩潰，可以繼續工作但是速度會慢很多。因此，擁有交換空間更安全。

交換分區有一個缺點：它比ram慢很多，因此，添加交換空間不會使你的計算機運行速度更快，它只會幫助克服一些ram大小帶來的限制。

交換空間有兩個選項：交換分區和交換文件。

交換分區是硬碟驅動器的一部分，他是為交換空間保留的。

交換分區的大小：

1g ram----2g swap

2-4g ram ----2-4g swap

8g ram ---- 4g swap

>8g -----2-4g swap

(我的win10是4g內存，8g虛擬內存，阿里雲上的linux swapon沒有反應)

我看完後發現，這個和虛擬內存的思想很像很像，可是又沒有確定的解釋它和linux的虛擬內存的關係。看來瞭解的還是太少了。

然後來看下一個視頻：這個內容不錯

學習於：bilibili.com/video/av32

下面是核心圖：大家放大看會更好一些：

高級語言的程序代碼，經過編譯鏈接後，編程二進位的機器碼存儲在計算機的外存中。每個進程的代碼都有它的地址。這些機器指令序列是分頁存儲的，一般是4kb。就這樣一頁一頁地排在外存中。然後要運行的頁面就載入進內存中，不運行的就放在外存中。然後在每個進程的內核空間裏都存在著頁表，頁表裡存儲此進程的程序頁的編號，是否在內存，程序頁的在此進程中的虛擬地址，程序頁的物理內存地址，程序頁的外存地址。如果該程序頁在內存中，就沒有外存地址。

然後看cpu是怎麼執行指令的。

cpu運行一個進程的時候，要去取下一條指令的地址。這時候它收到的地址是進程傳過來的進程的虛擬地址，也就是說指令地址寄存器pc存放的是虛擬地址，然後經過MMU（memory manager unit）內存管理單元，MMU先通過該進程的頁表檢查指令所在頁是否在內存中，如果是，則直接去內存中去頁表裡的內存地址取出指令，然後執行。如果不在內存中，就去外存中找到該指令，把指令先載入到內存中，再將虛擬地址轉為內存地址，再從內存中取出指令執行，然後更新頁表。

這裡強調：虛擬內存是指針對cpu而言，cpu處理的是進程裏的虛擬地址，而不是操作具體的物理地址。也就是說cpu看到的是隻是虛擬地址，所以cpu認為這個虛擬地址對應這個內存，而這個內存是不存在的，所以我們認為這是虛擬內存。

（這位老師的說的頁面置換原則是隻要頁面沒運行，就置換出外存，而操作系統課上有很多的頁面置換演算法，比如LRU，FIFO之類的，這方面我不太清楚，但是這裡的思想感覺是沒錯的，也很細緻了）

至於缺頁中斷，tlb，局部性原理提高命中那方面的知識，前面的文章已經講過了，就不再這重複了。對了，這裡提醒一下，進程的內核空間應該是存儲在內存中的，而且各個進程的內核空間對應的都是內存中的同一個內核空間。裡面分別有各個進程的pcb，頁表等東西。

看完後我就產生了其它方面的疑問：置換出去的都是用戶空間的代碼段和數據段嗎？代碼段和數據段很大嗎？

下面是參考《深入理解計算機系統》：

虛擬內存的三個重要的能力：

1.它將主存看成是一個存儲在磁碟上的地址空間的高速緩存，在主存中只保存活動區域，並根據需要在磁碟和主存之間來回傳送數據，通過這種方式，它高效地使用了主存。

2.它為每個進程提供了一致的地址空間，從而簡化了內存管理。

3.它保護了每個進程的地址空間不被其它進程破壞。

後面看：騰訊雲技術社區：十問 Linux 虛擬內存管理 (glibc) (一) 又學到了一波東西。

這裡摘錄一些思考和筆記：

第一個理解：

進程使用多少內存可通過 ps aux 命令 查看，其中關鍵的兩信息（第五、六列）為：

  1. VSZ ， virtual memory size ，表示進程總共使用的虛擬地址空間大小，包括進程地址空間的代碼段、數據段、堆、文件映射區域、棧、內核空間等所有虛擬地址使用的總和，單位是 K
  2. RSS ， resident set size ，表示進程實際使用的物理內存空間， RSS 總小於 VSZ 。

然後結合圖片一看：

觀察一下，進程佔用的虛擬內存一般都多大，大的比如裡面的java進程是2.5個G 這樣，小的就幾十M，比如nginx的進程。而看實際物理內存，最大的就java的266M。這裡綜合一下4G的模型，所以在這裡理解都是4G是針對程序而言的，涉及到多級頁表的知識。

然後是下一個理解：

malloc 是 glibc 中內存分配函數，也是最常用的動態內存分配函數，其內存必須通過 free 進行釋放，否則導致內存泄露。

關於 malloc 獲得虛存空間的實現，與 glibc 的版本有關，但大體邏輯是：

  1. 若分配內存小於 128k ，調用 sbrk() ，將堆頂指針向高地址移動，獲得新的虛存空間。
  2. 若分配內存大於 128k ，調用 mmap() ，在文件映射區域中分配匿名虛存空間。
  3. 這裡討論的是簡單情況，如果涉及並發可能會複雜一些，不過先不討論。

其中 sbrk 就是修改棧頂指針位置，而 mmap 可用於生成文件的映射以及匿名頁面的內存，這裡指的是匿名頁面。

而這個 128k ，是 glibc 的默認配置

從這裡我們可以得到的信息是：內存分配和置換不只是指令代碼，還包括對象，數據之類的。只要是暫時沒用到的都可以把該page置換出去。

下一個理解：

  1. VSZ 並不是每次 malloc 後都增長，是與上一節說的堆頂沒發生變化有關，因為可重用堆頂內剩餘的空間，這樣的 malloc 是很輕量快速的。
  2. 但如果 VSZ 發生變化，基本與分配內存量相當，因為 VSZ 是計算虛擬地址空間總大小。
  3. RSS 的增量很少，是因為 malloc 分配的內存並不就馬上分配實際存儲空間，只有第一次使用，如第一次 memset 後才會分配。（也就是使用才分配的原則，符合虛擬內存的原理）
  4. 由於每個物理內存頁面大小是 4k ，不管 memset 其中的 1k 還是 5k 、 7k ，實際佔用物理內存總是 4k 的倍數。所以 RSS 的增量總是 4k 的倍數。
  5. 因此，不是 malloc 後就馬上佔用實際內存，而是第一次使用時發現虛存對應的物理頁面未分配，產生缺頁中斷，才真正分配物理頁面，同時更新進程頁面的映射關係（也就是頁表）。這也是 Linux 虛擬內存管理的核心概念之一。（結合前面的知識，也就是基本上都是malloc後就放在虛擬內存當中，然後用上了再載入到物理內存）

疑問：究竟linux的虛擬內存的頁面置換演算法是怎麼實現的呢？似乎需要看源碼啊

嗯，差不多就到這裡吧。感覺還是得慢慢研究《深入理解計算機系統》這本書啊。這本書纔是權威，看網上的很多都不太靠譜。但是這本書有點難讀，後面慢慢來吧。。。

歡迎交流討論。


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