Question

虚拟内存简介

Answer 1

为了更加有效的管理内存并减少出错，现代系统提供了一种对主存的抽象概念，叫做虚拟内存。为每个进程提供了一个私有的地址空间。作用可总结为以下三点：

虚拟内存概念分为两部分，一部分是物理内存，还有一部分是位于交换区的磁盘空间，这部分磁盘空间在内存不足时可以作为内存，将活动不频繁的数据放入磁盘中。

页表将虚拟页映射到物理页，每次地址翻译硬件将虚拟地址装换为物理地址时都会读取页表。操作系统负责维护页表的内容，以及在磁盘和DRAM之间来回传送页。实际上： 操作系统为每个进程提供了一个独立的页表，因而也就是一个独立的虚拟地址空间。

DRAM缓存不命中称之为缺页 ：当发生缓存不命中时，会触发一个缺页异常，缺页异常调用内核中的缺页异常处理程序，该程序会选择一个牺牲页。

页表是带许可位的，例如SUP,VP0,VP1,VP2等，其中SUP只能在超级用户模式下访问，用户模式有读VP0和读写VP1的权限，如果一条指令违反了许可条件，那么cpu会触发一个一般保护故障，将控制传递给一个内核中的异常处理程序，linux shell一般将这种异常报告为段错误(segmentation fault)

维护64位的虚拟地址空间一张页表肯定是不够用的，所以要用多级页表，也就是在一张页表里面维护的是下一张页表的地址，多级之后会指向实际的物理地址，这个和ip协议的路由寻址有点相似。

Linux通过将一个虚拟内存区域与一个磁盘上的对象关联起来，以初始化这个虚拟内存区域的内容，这个过程叫做内存映射。

一旦一个虚拟页面被初始化了，它就在一个由内核维护的专门的交换文件之间换来换去。交换文件也被称为交换空间，或者交换区域。

少量使用Swap交换空间是不会影响性能，只有当RAM资源出现瓶颈或者内存泄露，进程异常时导致频繁、大量使用交换分区才会导致严重性能问题。另外使用Swap交换分区频繁，还会引起kswapd0进程（虚拟内存管理中, 负责换页的）耗用大量CPU资源，导致CPU飙升。