虚拟内存概念

Question

我对一些关于虚拟内存的话题感到困惑。所以，我要列出他们，并提出问题。在回答时，我希望你也列出一些来源，我可以澄清这个疑问。我将谈到一个linux精灵可执行文件。

1. 我听说每个进程在32位系统中都有4gb的地址空间。当我检查其中一个可执行重定位文件的objdump时，我发现它有00000000到ffffffff的限制。它还包含内核空间。这是文件的地址空间。--这是我们谈论的虚拟内存吗?如果是，那么我已经读过，虚拟内存机制允许运行非常大的进程，并且进程大小不受主存大小的限制(我们可以根据需求分页将所需的页面带到主内存中)。那么，如果虚拟内存仅为4gb，那么它是否也将程序的最大大小限制在4gb?，我检查了另一个文件的objdump，它有相同的地址(即00000000到ffffffff)。，那么，这是什么意思？这是否意味着我们的文件是某种可重定位的文件，启动地址将再次添加(尽管这看起来很荒谬，因为它已经是一个可执行的可重定位对象文件)。
2. 我曾经读过，在已实现分段的内存中，cpu生成虚拟(逻辑)地址。这个地址有三个部分--段，段内的偏移量。此外，这里讨论的部分是代码、数据、堆栈等。 在进程地址空间中，这些段从特定位置开始定位。那么，cpu虚拟地址的内容是什么？所产生的虚拟地址是否从00000000到ffffffff? (如果是)，那么是在虚拟地址上访问内容的过程，其结果是：-。 段部分在段描述符表中查找，以在线性地址空间中查找段的起始地址。然后，偏移量在段内索引，得到的地址是线性地址。然后，我们查找页面表并将地址映射到物理地址。如果页面当前不在主内存中，则会带来该页。 --这再次产生了这样一个事实:没有进程可以在任何时候完全处于主内存中，因为整个内存将只被一个进程占用(因为进程的地址空间本身是4gb)。 此外，如果所有进程的地址空间从00000000到ffffffff，并且一次可以在主内存中存在多个进程，那么所有进程都应该有自己的段描述符表，该表在线性地址空间中返回段的地址。
3. 我读到操作系统在启动时被加载到主内存中。那么，在特定进程的内核空间中，操作系统和内核代码之间有什么区别呢？此外，是否所有进程在其内核空间中都有自己的内核代码副本？

Answer 1

这是一个非常开放的问题，有许多不同术语的混淆用法。我将尽可能多地回答你的问题，并提供一些可能有帮助的有用信息。

1. “我听说每个进程在32位系统中都有4gb的地址空间。”不完全是真的。在32位系统中，每个进程的最大可寻址空间为3.2GB。这并不意味着这个内存被分配过，而且进程一启动就没有分配它。“这就是我们谈论的虚拟内存吗？”不是的。虚拟内存与进程的可寻址空间没有直接关系。稍后再谈这个。
2. 这个问题没有真正的意义，因为我将在下面解释。但是，值得注意的是，多个进程一次确实适合内存，因为进程不会自动分配它们全部的潜在可用内存。(如果文本编辑器一打开就分配了4GB内存，它就不会是一个流行的文本编辑器！)
3. 我不是专家，但我非常怀疑每个程序在运行时都有自己的内核代码副本。仅仅是安全和性能问题就使得这是一个非常不可能的解决方案。

所以现在，一些可能对你有帮助的定义。

• 物理内存是(通常！)你电脑里的内存。在运行任何程序时，CPU直接使用的是快速的物理内存。当您指定物理内存地址时，您将根据内存硬件本身在内存中指定确切的位置。
• 虚拟内存是(典型的！)存储在较慢的介质上，如硬盘驱动器(通常称为分页文件)。当计算机运行内存不足以运行进程时，它将将某些当前物理内存内容复制到页文件中，通常是从空闲或后台应用程序中复制。这将在物理内存中腾出空间，以便活动进程能够运行。如果已不在物理内存中的程序需要处理数据，则必须将其数据从页面文件重新加载到物理内存中--这可能反过来需要将另一个程序从物理内存中分页以腾出空间。“虚拟”和“物理”内存是用来突出显示这个内存实际上并不存在，但它仍然是计算机可用的。虚拟内存的使用在性能上是非常昂贵的，但它可以支持更大的大小:的确，可以有任意数量的虚拟内存可用，但是性能上的影响阻止了这是一个超出某些限制的实用解决方案。
• 逻辑内存地址是单个进程使用的地址，允许进程处理自己的内存，而不必关心进程在物理内存中的位置。您的00000000到fffffff范围是进程可用的逻辑范围，这是进程中将用来引用内存的地址。内核将根据进程内存的物理偏移量(和分段)将其转换为CPU在实际执行代码时使用的物理地址。此物理位置可以位于可用内存空间中的任何位置，如果将应用程序分页和分页，则物理位置可能在应用程序的生存期内发生变化。然而，应用程序本身只需要引用它自己的逻辑地址空间。术语“逻辑”与“物理”地址被用来突出显示地址不是真正的地址，而是相对于内存的相关子集的地址--也就是说，相对于进程本身的内存空间。

我不是这方面的专家，但我希望这有助于澄清你的一些问题。