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作業系統的虛擬記憶體分配表

OP顯示的佔用記憶體是程序的虛擬記憶體，我們需要了解的是程式實際佔用記憶體的量，也就是實體記憶體佔用。

虛擬記憶體的地址和實際實體記憶體的地址之間有對應關係，這個關係是作業系統維護的，CPU負責根據這個對應關係進行地址轉換。這種對應關係標準的說法叫“記憶體對映”。

記憶體對映以頁面對映形式實現。頁面是固定大小的地址空間（即虛擬範圍），虛擬記憶體的一個頁面對映到實體記憶體的一個頁面。沒有必要假設連續的虛擬頁面對映到連續的物理頁面，即使物理頁面不連續，只要虛擬頁面連續，必要記憶體的一段地地址擬地己的虛擬地址空間（即虛擬地址範圍），因為程式看到的就是連續的資料，這中間就是地址轉換在起作用。

記憶體對映是一種複雜的關係，有下面的情形。

1.         虛擬頁面沒有對映物理頁面

2.         虛擬頁面對映某個物理頁面

3.         多個虛擬頁面對映同一個物理頁面

當然不可能一個虛擬頁面對映到多個物理頁面。

虛擬記憶體是程序自身的，每個程序有自己的虛擬地址空間（即虛擬地址範圍），虛擬地址空間獨立，也就是每個程序都是獨立的4G地址空間，但是實際實體記憶體很難有這麼多（特別是嵌入式平臺），所以虛擬地址空間可以看成是肯定足夠的。

因為虛擬地址空間很大，所以寧可浪費虛擬地址空間也要節約實體記憶體。對於一個程序來說，虛擬記憶體使用量與實體記憶體使用量的差別源於上面的第1、3種對映情形。第2種情形兩者是一對一對映，所以數量上一樣。

我們再看看第1、3種對映情形的實際應用。

對於第1種情形，虛擬頁面沒有對映物理頁面，一般發生在下列場合：

1.         程式的部分程式碼，因為某些條件未滿足，目前還沒有執行。

作業系統採用延遲載入策略，沒有訪問到的虛擬地址預設沒有對映到實體記憶體，是無效的；但是一旦被執行，就會分配一個物理頁面，從程式檔案中載入資料（程式碼也是二進位制資料）到該物理頁面，並修改對映關係，使虛擬地址生效。另外如果某些程式碼比較長時間沒有被執行（作業系統記錄頁面的空閒時間），作業系統會解除對映，釋放實體記憶體，因為記憶體上的資料以後還可以再載入。

2.         程式的靜態資料，因為某些條件未滿足，還沒有被訪問到

程式的靜態資料也是在程式檔案中的，包括全域性變數、字串和編譯器產生的靜態表。與上面的原理一樣，作業系統採用延遲載入策略和回收策略（只針對沒有修改過的記憶體，除非有交換分割槽，這時可以儲存在交換分割槽中）。

3.         堆中的空洞

程式的堆是程式動態申請釋放記憶體所用的記憶體池。堆可以向上增長，也會退回。但是必須靠後的記憶體都釋放了，而且堆的大小超過一定量（很多系統是128K）才退回。如果程式釋放了前面或者中間的記憶體，那是不會退回的，這就形成了空洞。空洞對映物的理記憶體實際上是已經釋放了，所以空洞沒有對映實體記憶體。

4.         棧頂保留地址空間

程式的棧是函式一層層呼叫形式的，函式一層層呼叫的返回地址記錄在棧中，函式呼叫的引數、函式內部的區域性變數都存放在棧中。隨著函式返回，區域性變數、引數等都被釋放，棧佔用的記憶體又回退回來。由於難以估計函式呼叫層次最大會有多深，所以棧會多保留一些虛擬地址空間，這些虛擬地址空間也採用延遲對映的策略和回收策略（退回的資料肯定沒有用了）。

5.         棧頂保護地址空間

如果程式有行為異常，對棧的使用超過了配置量，應該儘快發現，方法是在棧頂端後面額外加上小塊（一般一個頁面）虛擬地址空間，該地址沒有任何許可權（不能讀寫），一旦讀寫這塊記憶體，作業系統會直接給程序發訊號殺死程序。

對於第2種情形，多個虛擬頁面對映同一個物理頁面，一般發生在下列場合：

1.         多個程序共用同一份程式碼

這種情形一般發生的使用共享庫的時候，還有就是同一個程式啟動了多次。因為程式碼可以共用，所以同一份程式碼在實體記憶體中只會有一份，多個程序的虛擬地址都對映到同一個實體地址上。

2.         多個程序共用同一份資料

與上面的情形相同，但必須是隻讀的資料（其實程式碼就是隻讀資料）。

3.         程序內部通過不同許可權對映同一段實體記憶體

這種情形很容易被忽略。實體記憶體按頁面大小分配，如果資料量不是頁面大小的整數倍，那麼剩餘零頭對實體記憶體就形成了浪費。如果兩種訪問屬性的資料（比如程式碼有讀、執行情形，只讀資料只有讀許可權），他們的大小相當於頁面大小都有一部分零頭，那麼可以把這兩個零頭拼在一起放在一個物理頁面上，然後通過兩個虛擬頁面對映，就能夠到達節約記憶體的同時，仍能進行許可權控制力的目的。

綜上，程式實際佔用實體記憶體的計算方法應該是：

程式佔用記憶體  =  對映實體記憶體的加權和

加權值  =  本程式對該實體記憶體的對映次數  /  該實體記憶體在整個系統中被對映的次數

簡單的講，要從虛擬記憶體量中第1、3種對映情形多算的佔用量。第1種情形要全部減去，第3種情形要整個系統做一下平均，取平均值。

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