操作系统

虚拟内存:程序看到的地址是怎么翻译的

每个程序都以为自己独占一大片内存,其实背后有一层翻译。

概况

以 Linux 上一个程序读取自己内存中的一个变量为例,只讲概念。

一句话总结
程序用虚拟地址,硬件按页表翻译成物理地址
好处
隔离、布局统一、物理内存可以不连续
页
Linux 在 x86-64 上通常以 4KB 为一页;大页(如 2MB)用来减少翻译开销
页表
每个进程一套,由内核维护
TLB
最近翻译结果的缓存
权限位
每页记着可读、可写、可执行、用户可访问,违反即触发异常
多级页表
x86-64 通常 4 级,只为用到的区域建表
写时复制
fork 后共享只读页,写时才复制
swap
不常用的页换到磁盘;频繁换页叫抖动

步骤 1 / 9

为什么不让程序直接用真实地址

直接用物理地址,程序之间就能互相读写内存。

如果程序直接访问物理内存,一个写错的地址就可能破坏别的程序,甚至内核。 虚拟内存给每个进程一套自己的地址空间,它只看得见自己那份。 就像每个网站有独立的 localStorage,看不到别的网站的数据。

程序
地址翻译
物理内存
程序
地址翻译(MMU)
物理内存
事件日志(1)
当前状态发生了什么
用户态程序想读取一个变量