现在的操作系统基本上都实现了虚拟内存的功能。本文就简单的记录一下我对虚拟内存的理解。

　　1. 虚拟内存的作用

　　1.1 便于写程序，特别是多进程环境下的程序。

　　想象一下，如果每个程序都要在固定的物理地址执行，读取指定物理地址处的数据，那么多个程序如何共存，数据如何保护?有了虚拟内存这一层，每个程序都运行在自己相对独立的虚拟空间中，不需要考虑别的程序。

　　1.2 可以访问比物理内存多的虚拟空间

　　理论上程序可以访问虚拟空间中的每一个地址，比如32位机器上一个程序可以访问4G的空间，即使实际的物理内存没有那么多。因为一个虚拟地址可以映射到物理内存，也可以映射到硬盘，或是其它设备，比如显卡的内存。从这个角度看，物理内存是当作了cache。为了达到这个效果，操作系统做了很多工作，比如将数据从硬盘空间取到内存，或是将内存放到硬盘里，一般这个操作叫做page in, page out，硬盘上存放虚拟空间内容的那个地方叫swap空间。

　　2. 虚拟地址和物理地址的映射

　　有了虚拟内存这一层，CPU上的指令访问的地址都是虚拟地址，而这些地址是需要在物理内存中真实存在的，这里就需要在虚拟地址和物理地址直接建立一个映射关系(应当是多对一的关系)，说白了就是一个整数集合到另一个整数集合的映射。

　　最简单的可以用一张表格来记录这个关系：T[vi] = pi, 其中vi, pi都是32位的整数.

　　如果对每一个可能的地址都要记录一下的话，这个表格占用的空间需要16G的空间。为了减小管理开销，将空间进行切分，一段连续的空间作为一个映射的单元，一般称为page。假设每页内存的大小为4k, 那么4G的空间就可以看作是1M个4K大小的page组成，那么映射表的大小需要4M，是不是好多了?

　　这个4M是对一个进程来说的，如果我有1k个进程，那么是不是需要4G的空间了呢?

　　4M可以映射整个空间，但如果我只需要访问其中很小的空间(比如32M)，是不是也一定要分配4M空间给映射表呢?