Question

linux的虚拟内存是4G，而每个进程都有自己独立的4G内存空间，怎么理解？

每个进程所拥有的4G独立的虚拟内存空间是什么意思？linux系统的虚拟4G空间中，高位的1G是用于系统内核运行的，那么每个进程都有4G的话岂不都要运行内核了，这样是不是很浪费很低效？

Answer 1

一个进程用到的虚拟地址是由内存区域表来管理的，实际用不了4G。而用到的内存区域，会通过页表映射到物理内存。所以每个进程都可以使用同样的虚拟内存地址而不冲突，因为它们的物理地址实际上是不同的。

内核用的是3G以上的1G虚拟内存地址，其中896M是直接映射到物理地址的，128M按需映射896M以上的所谓高位内存。各进程用的是同一个内核，什么叫“都运行内核”？

追问

见笑了，小生刚入门，只是用一个极端的想法来探究为什么这样设计，
"都运行内核"是每个进程都有独立的4G虚拟内存空间，其中有1G是跑系统的。

你说的”每个进程都可以使用同样的虚拟内存地址而不冲突“
是多个进程共用这4G的虚拟内存么，这样岂不和那句“每个进程所拥有的4G独立的虚拟内存空间” 起冲突了
还有896M是直接映射到物理内存的，是不是就一直跑在物理内存上了，这样的话是不是物理内存至少要有896M了啊

追答

首先你得分清“可以寻址”和“实际使用”的区别。其实我们讲的每个进程都有4G虚拟地址空间，讲的都是“可以寻址”4G，意思是虚拟地址的0-3G对于一个进程的用户态和内核态来说是可以访问的，而3-4G是只有进程的内核态可以访问的。并不是说这个进程会用满这些空间。

其次，所谓“独立拥有的虚拟地址”是指对于每一个进程，你可以访问自己的0-4G的虚拟地址。虚拟地址是“虚拟”的，需要转化为“真实”的物理地址。好比你有你的地址簿，我有我的地址簿。你和我的地址簿都有1、2、3、4页，但是每页里面的实际内容是不一样的，我的地址簿第1页写着3，你的地址簿第1页写着4，对你我自己来说都是用第1页（虚拟），实际上用的分别是第3、4页（物理），不冲突。

内核用的896M虚拟地址是直接映射的，意思是只要把虚拟地址减去一个偏移量（3G）就等于物理地址。同样，这里指的还是寻址，实际使用前还是要分配内存。而且896M只是个最大值。如果物理内存小，内核能使用（分配）的可用内存也小。

Answer 2

Linux不大清楚，不过看你描述和Windows类似。32位的Windows，每个进程也有4G地址空间的，仅仅是地址空间，不是实际的内存，需要使用时，向系统申请，系统会分配实际的内存给你，并将你进程中的地址和实际地址进行映射，当然这个映射对你来说是透明的，进程A的地址0x00001000可能映射到实际地址0x10002000，进程B的地址0x00001000可能映射到实际地址0x30003F00，各个进程的地址空间是独立的。
地址空间也有个例外，其中高位的1G，就是3G~4G这个地址段是系统内核使用的，应用程序不可直接访问，这段内存地址对于所有进程是相同的，如果0xF0000000在进程A中表示显存开始地址，那么0xF0000000在进程B中也是表示显存开始地址。
虚拟内存是很重要的机制，WindowsNT之前win98什么的就是所有进程共用地址空间，虽然少了一道转换，但一个进程可以对所有进程包括系统内存进行修改，所以哪个程序有bug就会造成系统崩溃，就经常蓝屏。