C 前序 1 虛擬位址空間

一、前言

以前的程式，都是直接執行在物理記憶體上的，即程式在執行時訪問的位址都是實體地址。這種方式帶來的問題就是：如何把有限的物理記憶體分配給這麼多程式使用呢？

與此同時，這種記憶體分配策略也帶來幾個問題：

(1)程式間的位址不隔離，惡意程式可能會藉此損壞正常程式的資料。

(2)記憶體使用效率低，由於記憶體大小有限，當剩餘的記憶體不夠裝載接下來要執行的程式的時候，正在執行的程式需要暫停換出到磁碟，以空出足夠的記憶體來，等它執行完了再換回來。這樣大量的資料進進出出，導致記憶體的使用效率非常低下。

(3)程式執行的位址不確定，程式在裝載執行時，都需要占用記憶體上的一塊空間，這個空間的位置是不確定的。但是，程式在編寫時，很多資料或是指令跳轉時的目標位址都是確定的，這個問題給程式的編寫帶來不小的問題。

所以，為了解決以上的三個問題，增加了中間層——虛擬位址，提供了一種間接訪問物理記憶體的訪問方法。

二、虛擬位址

為了解決上述的幾個問題，虛擬位址就出現了。為了隔離每個程式，每乙個程式都有自己的位址空間、cpu(當然，只是看起來是這樣)，每乙個程式都可以不用管其他的程式，就像它佔據了整個計算機。

1.位址空間

(1) 實體地址空間

實體地址空間是實實在在存在於計算機中的，它和位址空間的位址長度有關。如果計算機是32位的，即計算機的位址匯流排有32條，那麼物理空間就有4gb。4gb的物理空間中，只有記憶體的512mb有效，其他的是外存部分。

(2) 虛擬位址空間

虛擬位址空間其實是人為想象出來的位址空間，這個位址空間的大小有cpu的位數(硬體的定址空間大小)決定，32位cpu的虛擬位址空間大小為4gb，64位cpu的虛擬位址空間大小為17179869184gb(看起來很大了吧，可是以後或許還有更大的，因為在32位時人們就覺得「夠了」...)。

每乙個程序都有自己的虛擬位址空間，這樣使得每乙個程序都只能訪問自己的位址空間而互不影響。

當程序在訪問自己的虛擬位址空間時，實際上訪問的是它對映在實體地址空間的那一部分。

具體的對映方式，就是記憶體分段、分頁管理中的內容了。

那麼，在32位的虛擬位址空間中，4gb的空間是否程式都可以使用呢？

2.虛擬位址空間的分布

其實，整個虛擬位址空間都是由作業系統來管理的，所以程序只能使用那些作業系統分配給它的空間。同時，作業系統留有一部分給自己使用。

其中，核心中的zone_dma如果進行了配置，則程式進入記憶體就不需要進入暫存器。