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 3 / 9

按页查页表

硬件以页为单位,按当前进程的页表把虚拟页换成物理页。

内存被切成固定大小的页(x86-64 上通常 4KB),只记录“哪个虚拟页对应哪个物理页”,页内位置不变。 每个进程有自己的页表,由内核建立,程序自己改不了;切换进程时就换一套页表。 页表还记着权限,违反就会触发异常。

程序
地址翻译
物理内存
程序
地址翻译(MMU)
物理内存
按页表找到物理页
事件日志(3)
当前状态发生了什么
用户态程序想读取一个变量
用户态地址落在“堆”区域
用户态查页表,得到物理地址