虛擬內(nèi)存是什么?

虛擬內(nèi)存是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中的一種技術(shù)，它將每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間劃分成若干個(gè)固定大小的頁，并通過頁面映射技術(shù)將這些頁與物理內(nèi)存或磁盤上的頁面文件進(jìn)行交換

虛擬內(nèi)存能干什么?

1. 擴(kuò)展了實(shí)際物理內(nèi)存容量：虛擬內(nèi)存使得每個(gè)進(jìn)程能夠訪問比物理內(nèi)存容量更大的內(nèi)存空間。當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，虛擬內(nèi)存可以將一部分?jǐn)?shù)據(jù)寫入到磁盤上的頁面文件中，并將頁面文件中的數(shù)據(jù)按需加載到物理內(nèi)存中

2. 允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行：虛擬內(nèi)存讓每個(gè)進(jìn)程都有獨(dú)立的虛擬地址空間，使得多個(gè)進(jìn)程可以同時(shí)運(yùn)行而不會(huì)相互干擾。每個(gè)進(jìn)程都可以認(rèn)為自己是獨(dú)占的擁有全部虛擬內(nèi)存空間

3. 簡化程序的內(nèi)存管理：虛擬內(nèi)存通過將進(jìn)程的內(nèi)存空間劃分為頁，并提供了對這些頁面的映射、保護(hù)和權(quán)限控制等機(jī)制，簡化了程序的內(nèi)存管理。進(jìn)程可以通過訪問虛擬地址空間來進(jìn)行內(nèi)存操作，而無需關(guān)心具體的物理存儲(chǔ)位置

4. 提高內(nèi)存訪問效率：虛擬內(nèi)存通過頁面映射技術(shù)將磁盤上的頁面文件與物理內(nèi)存進(jìn)行交換，使得訪問磁盤的開銷相對較低。此外，虛擬內(nèi)存還使用了頁面置換算法，將最常訪問的頁面保留在物理內(nèi)存中，提高了內(nèi)存訪問的速度

虛擬內(nèi)存怎么實(shí)現(xiàn)?

1. 虛擬內(nèi)存地址空間劃分：操作系統(tǒng)將虛擬內(nèi)存空間分為固定大小的頁面（通常為4KB）。每個(gè)進(jìn)程都有自己的虛擬地址空間，它是連續(xù)且相同大小的頁面的集合

2. 頁面映射：操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將虛擬地址映射到物理地址。通過頁表，虛擬地址被轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的物理地址。當(dāng)進(jìn)程訪問虛擬內(nèi)存中的一個(gè)頁面時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)頁表查找該頁面對應(yīng)的物理地址

4. 頁面置換：當(dāng)物理內(nèi)存不足時(shí)，操作系統(tǒng)需要將部分頁面從內(nèi)存中置換到硬盤上的頁面文件中。選擇被置換的頁面通常使用一些頁面置換算法來決定，如FIFO、LRU等。被置換的頁面需要寫回到磁盤，并在需要時(shí)進(jìn)行頁面加載

5. 頁面加載：當(dāng)需要訪問被置換出去的頁面時(shí)，操作系統(tǒng)將其從硬盤加載到物理內(nèi)存中。這包括從頁面文件中讀取頁面數(shù)據(jù)，并更新頁表以反映頁面的物理內(nèi)存位置

6. 內(nèi)存分配和回收：操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理物理內(nèi)存的分配和回收。當(dāng)進(jìn)程申請內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)為其分配一些物理頁面，并更新頁表以映射到對應(yīng)的虛擬地址。當(dāng)進(jìn)程釋放內(nèi)存時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的物理內(nèi)存頁面標(biāo)記為可用