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虚拟内存

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2023-04-26 15:52:57   9  举报

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AI智能生成

虚拟内存

操作系统

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大纲/内容

场景

直接管理物理地址可能发生冲突不安全<br>

对程序直接分配物理空间可能导致空间不够

物理地址可能不连续无顺序，不一定能够很明确的找到物理地址的位置

虚拟内存

内存管理技术，为指令程序数据等分配虚拟地址

机制

分段机制

将内存一整段一整段的分配给程序

不会产生内部内存碎片

连续分配，程序内部没有空隙

可能产生外部内存碎片

程序内存与内存之间可能不连续，存在外部空隙

内存交换效率低

分页机制

将虚拟内存和物理内存进行分页（Linux为4kb），使用页与页对应管理

不会产生外部碎片

将内存分页分配，不会有外部内存碎片

可能产生内部碎片

如果某个数据剩余大小不到一页，会产生内部碎片

寻址

把虚拟内存地址，切分成页号和偏移量

根据页号，从页表里面，查询对应的物理页号

直接拿物理页号，加上前面的偏移量，就得到了物理内存地址

多级页表

场景：32位虚拟地址空间为4G，64位为128T，单个页表很明显存不下

根据局部性原理，一个页被置换进内存，接下来被置换进内存的很可能是其周围分页

一级页表可以动态创建，如果二级页表没被使用，可以不用创建，从而节省空间

64位下是四级页表

优势

可以在使用的时候再去申请内存分配

虚拟内存可以重复分配，根据进程的不同分配内存不同

工作过程(VIPT结构)

创建

进程被初次创建

系统分配虚拟内存，此时先不进行物理内存分配

进程使用指令或变量

虚拟地址被丢给MMU问TLB(寄存器中）

TLB命中直接取出对应页表项，然后找到物理地址取出内容给CPU

TLB未命中则MMU根据复杂计算算出物理地址页表项去TLE中查找

命中返回给TLB

未命中则发生缺页中断，系统进入内核态去外存调取内存空间

内存空间足够分配调入内存，将地址返回更新TLE和TLB，并返回实际物理地址

内存不足触发换页机制，将最久未使用页淘汰，然后调入内存

物理地址扔给cache高速缓存

L1缓存命中，检查数据可用性，获取数据

L1未命中，查找L2cache

L2未命中，查找L3

L3未命中，访问主存，同时将数据存入cache

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虚拟内存/内存管理

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虚拟内存映射关系图

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虚拟内存映射物理内存地址

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第八章虚拟内存

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