以前我一直以為程序運行時隻有物理内存（RAM)，自從看了虛拟内存，才發現我想太簡單了。

一、概念

我們平常寫的程序，大多數都有兩種訪問局部性特征，即空間局部性和時間局部性；

空間局部性是指程序傾向訪問最近訪問過的内存附近的内存，這是由于指令是順序執行的；時間即部性是指程序傾向于在不久的将來再次訪問剛訪問過的内存，這是由于循環。

正是由于訪問局部性特征，使程序即便僅有部分（地址空間）存在于RAM中，依然可能得以執行，由此為了更加有效地管理内存，現代系統提供了一種對主存的抽象概念，稱為虛拟内存。虛拟内存是硬件異常、硬件地址翻譯、主存、磁盤文件和内核軟件的完美交互，它為每個進程提供了一個大的、一緻的、私有的地址空間。

主存被組織成一個由M個連續的字節大小的單元組成的數組。每個單元都有一個唯一的物理地址。CPU訪問内存的最自然的方式就是使用物理地址——物理尋址；與之相對應就是使用虛拟地址訪問，稱為虛拟尋址。物理尋址和虛拟尋址系統如下圖所示：

虛拟内存的規劃之一是将每個程序使用的内存分成小的、固定大小的頁單元。相應的，RAM(物理内存或主存)也劃分成一系列與虛存頁尺寸相同的頁（頁幀）。任一時刻，每個程序僅有部分頁需要駐留在物理内存頁中，這些頁構成了所謂駐留集（resident set）。程序未使用的頁拷貝保存在交換區(swap area)内，交換區是保留在磁盤空間中，作為RAM的補充，僅在需要時才會載入RAM中。若進程欲訪問的頁面并未駐留在RAM中，将會發生頁面錯誤，這時内核會挂起進程的執行，同時從磁盤中将該頁面載入内存。在磁盤和内存之間傳送頁的活動叫做交換或者頁面調度。

為了支持這個機制，内核需要為每個進程維護一張頁表，頁表描述了每個虛拟頁面是緩存在RAM中，還是駐留在磁盤中。如下所示：

虛拟内存概覽

二、特性

1、由于使用虛拟内存導緻每個進程使用的RAM減少了，所以RAM可以同時容納更多進程，就間接導緻CPU的利用率被提高了。

2、由于内核能夠為進程分配與釋放頁，所以進程的有效虛拟地址在進程生命周期中可以發生變化。

3、由于虛拟内存的管理，所以會把進程的虛拟地址控間與RAM物理地址空間隔離開來。

4、由于可能存在大段的虛拟地址空間并未使用，因此不是所有虛拟地址空間都有相應的頁表條目。若進程試圖訪問的地址并無頁表條目與之對應，将收到一個SIGSEGV信号；

三、實踐

可以在linux終端上輸入cat /proc/pid/status即可以看到相應進程狀态 （pid為相應進程号）；其中以Vm開頭是關于虛拟内存的參數，比如VmSize是虛拟内存大小，VmRSS是進程駐留集（物理内存）大小；VmSwap是進程交換區大小；

四、總結

本文對虛拟内存隻是起個抛磚引玉，如果有什麼不對地方，請大家多多包涵，歡迎指出，如果覺得有用，歡迎點個贊。

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