虛擬記憶體(virtual memory) = CPU + MMU(Memory Management Unit), MMU是一個CPU上的元器件，它將實體地址對映為虛擬地址，這樣CPU可以之別虛擬地址，而不是實際實體地址了。使用MMU的好處有

1、同一個虛擬地址可以指向不同的實體地址；

2、執行緒之間共享記憶體變得簡單；

當處理器需要訪問一塊不在記憶體中的資料數，會產生一個終端，程序處於阻塞狀態，資料載入後，阻塞狀態變為就緒狀態。

硬體及控制結構

Linux核心用struct page結構表示物理頁，flags域用來表示狀態，包括是不是髒的（修改未落地要實體記憶體）、是不是被鎖定等。_count域存放頁的引用計數。該資料結構的意義在於描述實體記憶體本身，而不是描述其中的資料。

而硬體通過slab層管理分配和釋放資料結構（也有很多第三方工具例如tcmalloc取而代之），它扮演的資料結構快取層的角色。

MMU實現方式

不同於上面提到的page和slab。MMU其實就是一張地址對映表，以32位地址為例，4G的記憶體大小，也頁表項為4KB（大部分作業系統中，記憶體分配的最小單元就是4KB），留下12bits做偏移量，10bits留給根頁表，10bits留給4KB頁表。但這種方法有一個致命的缺陷，頁表的大小和虛擬地址空間的大小成正比。另一種實現方法是倒排頁表，下圖摘自《作業系統精髓於設計原理》，總的來說分頁和分段是虛擬記憶體技術的兩種方法。

剛剛想到一個狠2的問題，MMU需要做這麼多對映，不會爆嗎？--當然不會，又不是每個地址都需要對映，只需要對映地址頭部就可以了。

分頁表

分頁表用於記錄每頁中虛擬記憶體對映實際記憶體的資訊以及許可權等，下圖相信會讓你一目瞭然

所以，總的來說，虛擬記憶體就是一個查詢表，這個查詢表在CPU中實現。

作業系統軟體

• 虛擬記憶體管理方案要求硬體和軟體的支援
  • 硬體：
    1. 虛擬地址動態換成實體地址
    2. 被訪問到的頁不存在記憶體中時，產生一箇中斷
  • 軟體：作業系統處理中斷中的響應，與之相關的問題有
    1. 讀取策略：請求時讀取或者預先讀取，使用蔟的方式一次讀取多頁；
    2. 放置策略：決定一個程序駐留的實際地方,對純粹的扥段系統有一些意義，對分頁系統無意義；
    3. 置換策略：當記憶體滿後，必須決定用哪些頁換哪些頁。大多數策略都基於過去的行為來預測將來的行為。基本演算法有OPT（基於預見未來，只存在理論上的可能）、LRU（開銷大，難以實現）、FIFO（FIFO策略實施起來簡單，但是效能差，因為經常推送錯誤==!）、時鐘（和FIIO唯一不同的是使用為為1的頁框會被跳過，同時需要參考是不是訪問同時是否被修改來設定置換策略）。另外使用緩衝頁技術可以不必真正地將記憶體置換出去；
    4. 清除策略：結合緩衝頁技術，修改過的程序可以在置換的時候被放置到修改頁中，週期寫；
    5. 載入控制：關注任何給定的時刻，駐留在記憶體中的程序數目；