華為面試官問了我一個問題就是關於Linux虛擬記憶體機制，雖然我多少是回答上來，感覺好久沒看作業系統的我是時候將其拿起來重溫一遍 。

• 每個程序都有自己獨立的4G記憶體空間，各個程序的記憶體空間具有類似的結構。
• Linux記憶體管理採用的是頁式管理，使用的是多級頁表，動態地址轉換機構與主存、輔存共同實現虛擬記憶體
• 一個新程序建立的時候，將會建立起自己的記憶體空間，此程序的資料，程式碼等從磁碟拷貝到自己的程序空間，哪些資料在哪裡，都由程序控制表中的task_struct記錄，task_struct中記錄中一條連結串列，記錄中記憶體空間的分配情況，哪些地址有資料，哪些地址無資料，哪些可讀，哪些可寫，都可以通過這個連結串列記錄
• 每個程序已經分配的記憶體空間，都與對應的磁碟空間對映
  
  

每個程式都能看到一片完整連續的地址空間，這些空間並沒有直接關聯到實體記憶體，而是作業系統提供了記憶體的一種抽象概念，使得每個程序都有一個連續完整的地址空間，在程式的執行過程，再完成虛擬地址到實體地址的轉換。我們同樣知道，程序的地址空間是分段的，存在所謂的資料段，程式碼段，bbs段，堆，棧等等。每個段都有特定的作用。
同時計算機沒有那麼多的記憶體（n個程序就需要對應n*4G記憶體），建立一個程序，就要把磁碟上的程式檔案拷貝到程序對應的記憶體中去，對於有一個程式對應多個程序這種情況，浪費記憶體。

深入理解

• 1.每個程序的4G記憶體空間只是虛擬記憶體空間，每次訪問記憶體空間的某個地址，都需要把地址翻譯為實際實體地址
• 2.所有程序共享同一實體記憶體，每個程序只把自己目前需要的虛擬記憶體空間對映並存儲到實體記憶體上
• 3.程序要知道哪些記憶體地址上的資料在實體記憶體上，哪些不在，還有在實體記憶體上的哪裡，需要頁表記錄
• 4.頁表的每一個表項分為兩部分，第一部分記錄此頁是否在實體記憶體上，第二部分記錄實體記憶體的地址
• 5.當程序訪問某個虛擬地址，去檢視頁表，如果對應的資料不在實體記憶體中，，則缺頁異常
• 6.缺頁異常的處理過程，就是把程序需要的資料從磁碟拷貝到實體記憶體中，如果記憶體已經滿了 ，沒有空地方，那就找一個頁進行覆蓋，當然如果被覆蓋的頁曾經被修改過，需要將此頁寫回磁碟

小結

優點：

1.竟然每個程序的記憶體空間都是一致而且固定的，所以連結器在連結執行檔案時，可以設定記憶體地址，而 不用去管這些資料最終實際的記憶體地址，這是有獨立記憶體 空間的好處
2.當不同的程序使用同樣的程式碼時，比如庫檔案中的程式碼，實體記憶體中可以只儲存一份這樣的程式碼，不同的程序只需要把自己的虛擬記憶體對映過去就可以了，節省記憶體
3.在程式需要分配連續的記憶體空間的時候，只需要在虛擬記憶體空間分配連續空間，而不需要實際實體記憶體的連續空間，可以利用碎片。

另外，事實上，在每個程序建立載入時，核心只是為程序“建立”了虛擬記憶體的佈局，具體就是初始化程序控制表中記憶體相關的連結串列，實際上並不立即就把虛擬記憶體對應位置的程式資料和程式碼（比如.text .data段）拷貝到實體記憶體中，只是建立好虛擬記憶體和磁碟檔案之間的對映就好（叫做儲存器對映），等到執行到對應的程式時，才會通過缺頁異常，來拷貝資料。還有程序執行過程中，要動態分配記憶體，比如malloc時，也只是分配了虛擬記憶體，即為這塊虛擬記憶體對應的頁表項做相應設定，當程序真正訪問到此資料時，才引發缺頁異常

關於mmap

mmap是用來建立從虛擬空間到磁碟空間的對映的，可以將一個虛擬空間地址對映磁碟檔案上，當不設定這個地址的時候，則由系統自動設定，函式返回對應的記憶體地址（虛擬地址），當訪問這個地址的時候，就需要把磁碟上的內容拷貝到記憶體了，然後就可以讀或者寫，最後通過manmap可以將記憶體上的資料換回到磁碟，也就是解除虛擬空間和記憶體空間的對映，這樣也是一種程序共享資料的方法共享記憶體

關於動態申請空間

在核心態申請記憶體比使用者態申請記憶體更為直接，他沒有采用使用者態那種延遲分配記憶體技術，核心認為一旦有核心函式申請記憶體，那麼就必須立刻滿足該申請記憶體的請求，並且這個請求一定是正確合理的，相反，對於使用者動態申請記憶體的請求，核心總是儘量延後分配實體記憶體，使用者總是先獲得一個 虛擬記憶體區的使用權，最終通過缺頁異常獲得一塊真正的實體記憶體。

實體記憶體的核心對映

IA32架構中核心虛擬地址空間只有1GB大小（從3GB到4GB），因此可以直接將1GB大小的實體記憶體（即常規記憶體）對映到核心地址空間，但超出1GB大小的實體記憶體（即高階記憶體）就不能對映到核心空間。為此，核心採取了下面的方法使得核心可以使用所有的實體記憶體。

• 高階記憶體不能全部對映到核心空間，也就是說這些實體記憶體沒有對應的線性地址。不過，核心為每個物理頁框都分配了對應的頁框描述符，所有的頁框描述符都儲存在mem_map陣列中，因此每個頁框描述符的線性地址都是固定存在的。核心此時可以使用alloc_pages()和alloc_page()來分配高階記憶體，因為這些函式返回頁框描述符的線性地址。
• 核心地址空間的後128MB專門用於對映高階記憶體，否則，沒有線性地址的高階記憶體不能被核心所訪問。這些高階記憶體的核心對映顯然是暫時對映的，否則也只能對映128MB的高階記憶體。當核心需要訪問高階記憶體時就臨時在這個區域進行地址對映，使用完畢之後再用來進行其他高階記憶體的對映。

核心採用了三種機制將高階記憶體對映到核心空間：永久核心對映，固定對映和vmalloc機制。