Linux体系的假造内存原本这么坑！

毋庸置疑，假造内存绝对是操纵体系中最重要的观念之一。

CPU太快，但容量小且成果单一，其他 I/O 硬件支持各类花式成果，然则相对付 CPU，它们又太慢。于是它们之间就必要一种润滑剂来作为缓冲，这就是内存大显技艺的处所。

而在当代操纵体系中，多使命已是标配。多使命并行，大大晋升了 CPU 操作率，但却引出了多个历程对内存操纵的斗嘴题目，假造内存观念的提出就是为了办理这个题目。

上图是假造内存最简朴也是最直观的表明。

操纵体系有一块物理内存(中间的部门)，有两个历程(现实会更多)P1 和 P2，操纵体系偷偷地别离汇报 P1 和 P2，我的整个内存都是你的，任意用，管够。可究竟上呢，操纵体系只是给它们画了个大饼，这些内存说是都给了 P1 和 P2，现实上只给了它们一个序号罢了。只有当 P1 和 P2 真正开始行使这些内存时，体系才开始行使辗转挪移，拼集出各个块给历程用，P2 觉得本身在用 A 内存，现实上已经被体系暗暗重定向到真正的 B 去了，乃至，当 P1 和 P2 共用了 C 内存，他们也不知道。

操纵体系的这种诱骗历程的本领，就是假造内存。对 P1 和 P2 等历程来说，它们都觉得本身占用了整个内存，而本身行使的物理内存的哪段地点，它们并不知道也无需体谅。

分页和页表

假造内存是操纵体系里的观念，对操纵体系来说，假造内存就是一张张的比较表，P1 获取 A 内存里的数据时应该去物理内存的 A 地点找，而找 B 内存里的数据应该去物理内存的 C 地点。

我们知道体系里的根基单元都是 Byte 字节，假如将每一个假造内存的 Byte 都对应到物理内存的地点，每个条目起码必要 8字节(32位假造地点->32位物理地点)，在 4G 内存的环境下，就必要 32GB 的空间来存放比较表，那么这张表就大得真正的物理地点也放不下了，于是操纵体系引入了 页(Page)的观念。

在体系启动时，操纵体系将整个物理内存以 4K 为单元，分别为各个页。之后举办内存分派时，都以页为单元，那么假造内存页对应物理内存页的映射表就大大减小了，4G 内存，只必要 8M 的映射表即可，一些历程没有行使到的假造内存，也并不必要生涯映射相关，并且Linux 还为大内存计划了多级页表，可以进一页镌汰了内存耗损。操纵体系假造内存到物理内存的映射表，就被称为页表。

内存寻址和分派

我们知道通过假造内存机制，每个历程都觉得本身占用了所有内存，历程会见内存时，操纵体系城市把历程提供的假造内存地点转换为物理地点，再去对应的物理地点上获取数据。CPU 中有一种硬件，内存打点单位 MMU(Memory Management Unit)专门用来将翻译假造内存地点。CPU 还为页表寻址配置了缓存计策，因为措施的局部性，其缓存掷中率能到达 98%。

以上环境是页表内存在假造地点到物理地点的映射，而假如历程会见的物理地点还没有被分派，体系则会发生一个缺页间断，在间断处理赏罚时，体系切到内核态为历程假造地点分派物理地点。

成果

假造内存不只通过内存地点转换办理了多个历程会见内存斗嘴的题目，还带来更多的益处。

历程内存打点

它有助于历程举办内存打点，首要表此刻：

内存完备性：因为假造内存对历程的”诱骗”，每个历程都以为本身获取的内存是一块持续的地点。我们在编写应用措施时，就不消思量大块地点的分派，老是以为体系有足够的大块内存即可。

安详：因为历程会见内存时，都要通过页表来寻址，操纵体系在页表的各个项目上添加各类会见权限标识位，就可以实现内存的权限节制。

数据共享

通过假造内存更轻易实现内存和数据的共享。

在历程加载体系库时，老是先分派一块内存，将磁盘中的库文件加载到这块内存中，在直接行使物理内存时，因为物理内存地点独一，纵然体系发明统一个库在体系内加载了两次，但每个历程指定的加载内存纷歧样，体系也无能为力。

而在行使假造内存时，体系只必要将历程的假造内存地点指向库文件地址的物理内存地点即可。如上文图中所示，历程 P1 和 P2 的 B 地点都指向了物理地点 C。

而通过行使假造内存行使共享内存也很简朴，体系只必要将各个历程的假造内存地点指向体系分派的共享内存地点即可。

SWAP

假造内存可以让帮历程”扩充”内存。

我们前文提到了假造内存通过缺页间断为历程分派物理内存，内存老是有限的，假如全部的物理内存都被占用了怎么办呢?

Linux 提出 SWAP 的观念，Linux 中可以行使 SWAP 分区，在分派物理内存，但可用内存不敷时，将暂且不消的内存数据先放到磁盘上，让有必要的历程先行使，等历程再必要行使这些数据时，再将这些数据加载到内存中，通过这种”互换”技能，Linux 可以让历程行使更多的内存。

常见题目

在相识假造内存时，我也有过许多的题目。

32位和64位

最常见的就是 32位和64位的题目了。

CPU 通过物理总线会见内存，，那么会见解点的范畴就受限于呆板总线的数目，在32位呆板上，有32条总线，每条总线有坎坷两种电位别离代表 bit 的 1 和 0，那么可会见的最大地点就是 2^32bit = 4GB，以是说 32 位呆板上插入大于 4G 的内存是无效的，CPU 会见不到多于 4G 的内存。

但 64位呆板并没有 64位总线，并且其最大内存还要受限于操纵体系，Linux 今朝支持最大 256G 内存。

按照假造内存的观念，在 32 位体系上运行 64 位软件也并无不行，但因为体系对假造内存地点的布局计划，64位的假造地点在32位体系内并不能行使。

直接操纵物理内存

操纵体系行使了假造内存，我们想要直接操纵内存该怎么办呢?

Linux 会将各个装备都映射到 /dev/ 目次下的文件，我们可以通过这些装备文件直接操纵硬件，内存也不破例。 在 Linux 中，内存配置被映射为 /dev/mem，root 用户通过对这个文件读写，可以直接操纵内存。

JVM 历程占用假造内存过多

（编辑：河北网）

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