物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存（虛擬地址）的區(qū)別有哪些
在存儲(chǔ)器里以字節(jié)為單位存儲(chǔ)信息，為正確地存放或取得信息，每一個(gè)字節(jié)單元給以一個(gè)唯一的存儲(chǔ)器地址，稱為物理地址(Physical Address)，又叫實(shí)際地址或絕對(duì)地址?！。瑢W(xué)習(xí)啦小編為大家介紹一下物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存(虛擬地址)的區(qū)別，供大家參考!
物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存(虛擬地址)的區(qū)別
1、應(yīng)用中的概念。
物理內(nèi)存，在應(yīng)用中，自然是顧名思義，物理上，真實(shí)的插在板子上的內(nèi)存是多大就是多大了?？礄C(jī)器配置的時(shí)候，看的就是這個(gè)物理內(nèi)存。
虛擬內(nèi)存，這個(gè)概念就要稍微了解一下CPU了，^_^，只是稍微，畢竟我們現(xiàn)在談的是應(yīng)用中的概念。我們應(yīng)該知道，對(duì)于一般的32位CPU，有32根地址線，那么它的尋址空間就是4GB。也就是說(shuō)，如果沒(méi)有其他的限制，我們的主板上最大可以安裝4GB的物理內(nèi)存。哈哈，一般的機(jī)器是不會(huì)裝那么多物理內(nèi)存的，大把的銀子啊，性價(jià)比可合不上。程序員可不管這個(gè)，我們對(duì)CPU編程，不能一臺(tái)機(jī)器根據(jù)你物理內(nèi)存的大小我編一個(gè)程序吧?那也太原始社會(huì)了吧。所以程序員都是直接使用的4GB的奢侈的進(jìn)程空間(或許，不應(yīng)該用奢侈這么短視的詞。曾幾何時(shí)，128M的物理內(nèi)存也是我們不可想象的呢?)。這怎么辦?總不能不用那些程序了吧。好吧，這個(gè)問(wèn)題交給OS去解決吧。這樣，OS就提出了一個(gè)虛擬內(nèi)存的概念。就是進(jìn)程、用戶、不必考慮實(shí)際上物理內(nèi)存的限制，而直接對(duì)4GB的進(jìn)程空間進(jìn)行尋址。如果所尋址的數(shù)據(jù)實(shí)際上不在物理內(nèi)存中，那就從“虛擬內(nèi)存”中來(lái)獲取。這個(gè)虛擬內(nèi)存可以是一個(gè)專門文件格式的磁盤分區(qū)(比如linux下的swap分區(qū))，也可以是硬盤上的某個(gè)足夠大的文件(比如win下的那個(gè)i386文件，好像是這個(gè)名字)。物理內(nèi)存中長(zhǎng)期不用的數(shù)據(jù)，也可以轉(zhuǎn)移到虛擬內(nèi)存中。這樣的交換由OS來(lái)控制，用戶看起來(lái)就好像物理內(nèi)存大了一樣。有了虛擬內(nèi)存的概念，我們就可以自由的使用4GB的進(jìn)程空間了。但是，前提是你的硬盤由足夠的空間，而且你舍得劃分出(4GB-物理內(nèi)存)大的虛擬內(nèi)存空間來(lái)。^_^。一般情況下，虛擬內(nèi)存的大小，各個(gè)OS也進(jìn)行了限制(比如linux的swap分區(qū)的大小，win下也可以調(diào)整虛擬內(nèi)存文件的大小和位置)。所以，我們程序所能使用的存儲(chǔ)空間大小就是：物理內(nèi)存+虛擬內(nèi)存。
2、CPU中的概念。
物理內(nèi)存，CPU的地址線可以直接進(jìn)行尋址的內(nèi)存空間大小。比如8086只有20根地址線，那它的尋址空間就是1MB。我們就說(shuō)8086能支持1MB的物理內(nèi)存。即使我們安裝了128M的內(nèi)存條在板子上，我們也只能說(shuō)8086擁有1MB的物理內(nèi)存空間。同理32位的386以上CPU，就可以支持最大4GB的物理內(nèi)存空間了。
虛擬內(nèi)存，這便是一個(gè)和CPU的尋址方式有關(guān)的一個(gè)概念了。x86體系結(jié)構(gòu)中，為了更好的管理內(nèi)存空間，采用分段的方式來(lái)對(duì)內(nèi)存進(jìn)行尋址。比如8086就用兩個(gè)字節(jié)的段基地址和兩個(gè)字節(jié)的偏移地址來(lái)尋址整個(gè)可以尋址的內(nèi)存空間，即：0000:0000方式(具體怎么計(jì)算出實(shí)際的地址，參見各種匯編教材)。這樣，對(duì)整個(gè)1MB的物理內(nèi)存空間尋址是沒(méi)有問(wèn)題了。可是，用這種方式，最大可以尋址到10FFEF這個(gè)地址。這超出了20根地址線的地址的FFEF大小的空間，就可以說(shuō)是8086的虛擬內(nèi)存了，所以可以說(shuō)8086的虛擬內(nèi)存地址空間可以達(dá)到10FFEF。^_^，具體怎么使用和看待這段內(nèi)存，還取決于A20線的選通與否了，這是另外的話題了。同樣的道理，386以上的CPU，由于在保護(hù)模式下使用了GDT和LDT，將段的定義放到了內(nèi)存中，從而可以使用16位的段地址和32位的偏移地址。這樣算來(lái)，386以上的CPU的虛擬內(nèi)存地址空間就可以達(dá)到64TB了。真是大的驚人，看來(lái)，這么大的地址空間，一時(shí)還不能被軟件的發(fā)展淘汰。
3、零碎的叫法。
零碎的叫法常常來(lái)自與相對(duì)感覺(jué)深?yuàn)W詼澀的虛擬內(nèi)存概念。物理的東西，人們大多不去碰它，畢竟是實(shí)實(shí)在在存在的。而虛擬內(nèi)存就經(jīng)常有別冒名頂替的。“一個(gè)進(jìn)程有4個(gè)GB的虛擬內(nèi)存”這樣的說(shuō)法屢見不鮮，其實(shí)，這是混淆了4GB的進(jìn)程地址空間和虛擬內(nèi)存這兩個(gè)概念。也算令一種解釋吧，畢竟那4個(gè)GB也是見不著影的，也是虛擬的。
虛擬內(nèi)存:
虛擬內(nèi)存指在硬盤中開辟出的、用于輔助物理內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的那部分空間，在WINDOWS中可以指定其大小，也可以讓W(xué)INDOWS自動(dòng)調(diào)節(jié)。
進(jìn)入“控制面板/系統(tǒng)/高級(jí)/性能/設(shè)置/高級(jí)/虛擬內(nèi)存/更改”，來(lái)到虛擬內(nèi)存設(shè)置窗口，首先確定你的頁(yè)面文件在哪個(gè)驅(qū)動(dòng)器盤符，然后將別的盤符驅(qū)動(dòng)器的頁(yè)面文件全部禁用。建議你把它是設(shè)置到其他分區(qū)上，而不是默認(rèn)的系統(tǒng)所在的分區(qū)，這樣可以提高頁(yè)面文件的讀寫速度，有利于系統(tǒng)的快速運(yùn)行。根據(jù)微軟的建議，頁(yè)面文件應(yīng)設(shè)為內(nèi)存容量的1.5倍，但如果你的內(nèi)存比較大，那它占用的空間也是很可觀的，所以，建議如果內(nèi)存容量在256MB以下，就設(shè)置為1.5倍，最大值和最小值一樣，如果在512MB以上，設(shè)置為內(nèi)存容量的一半完全可行。
交換區(qū):
一塊內(nèi)存區(qū)域或硬盤區(qū)域，用來(lái)處理數(shù)據(jù)交換.
Windows內(nèi)存管理之虛擬地址到物理地址的映射
Win32通過(guò)一個(gè)兩層的表結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)地址映射，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程都擁有私有的4G的虛擬內(nèi)存空間，相應(yīng)的，每個(gè)進(jìn)程都有自己的層次表結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其地址映射。
第一層稱為頁(yè)目錄，實(shí)際就是一個(gè)內(nèi)存頁(yè)，Win32的內(nèi)存頁(yè)有4KB大小，這個(gè)內(nèi)存頁(yè)以4個(gè)字節(jié)分為1024項(xiàng)，每一項(xiàng)稱為“頁(yè)目錄項(xiàng)”(PDE);
第二層稱為頁(yè)表，這一層共有1024個(gè)頁(yè)表，頁(yè)表結(jié)構(gòu)與頁(yè)目錄相似，每個(gè)頁(yè)表也都是一個(gè)內(nèi)存頁(yè)，這個(gè)內(nèi)存頁(yè)以4KB的大小被分為1024項(xiàng)，頁(yè)表的每一項(xiàng)被稱為頁(yè)表項(xiàng)(PTE)，易知共有1024×1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。每一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)物理內(nèi)存中的某一個(gè)“內(nèi)存頁(yè)”，即共有1024×1024個(gè)物理內(nèi)存頁(yè)，每個(gè)物理內(nèi)存頁(yè)為4KB，這樣就可以索引到4G大小的虛擬物理內(nèi)存。
如下圖所示(注下圖中的頁(yè)目錄項(xiàng)的大小應(yīng)該是4個(gè)字節(jié)，而不是4kB)：
Win32提供了4GB大小的虛擬地址空間。因此每個(gè)虛擬地址都是一個(gè)32位的整數(shù)值，也就是我們平時(shí)所說(shuō)的指針，即指針的大小為4B。它由三部分組成，如下圖：
這三個(gè)部分的第一部分，即前10位為頁(yè)目錄下標(biāo)，用來(lái)尋址頁(yè)目錄項(xiàng)，頁(yè)目錄項(xiàng)剛好1024個(gè)。找到頁(yè)目錄項(xiàng)后，找對(duì)頁(yè)目錄項(xiàng)對(duì)應(yīng)的的頁(yè)表。第二部分則是用來(lái)在頁(yè)表內(nèi)尋址，用來(lái)找到頁(yè)表項(xiàng)，共有1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，通過(guò)頁(yè)表項(xiàng)找到物理內(nèi)存頁(yè)。第三部分用來(lái)在物理內(nèi)存頁(yè)中找到對(duì)應(yīng)的字節(jié)，一個(gè)頁(yè)的大小是4KB，12位剛好可以滿足尋址要求。
具體的例子：
假設(shè)一個(gè)線程正在訪問(wèn)一個(gè)指針(Win32的指針指的就是虛擬地址)指向的數(shù)據(jù)，此指針指為0x2A8E317F,下圖表示了這一個(gè)過(guò)程:
0x2A8E317F的二進(jìn)制寫法為0010101010_0011100011_000101111111，為了方便我們把它分為三個(gè)部分。
首先按照0010101010尋址，找到頁(yè)目錄項(xiàng)。因?yàn)橐粋€(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)為4KB，那么先將0010101010左移兩位，001010101000(0x2A8)，用此下標(biāo)找到頁(yè)目錄項(xiàng)，然后根據(jù)此頁(yè)目錄項(xiàng)定位到下一層的某個(gè)頁(yè)表。
然后按照0011100011尋址，在上一步找到頁(yè)表中尋找頁(yè)表項(xiàng)。尋址方法與上述方法類似。找到頁(yè)表項(xiàng)后，就可以找到對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存頁(yè)。
最后按照000101111111尋址，尋找頁(yè)內(nèi)偏移。
上面的假設(shè)的是此數(shù)據(jù)已在物理內(nèi)存中，其實(shí)判斷訪問(wèn)的數(shù)據(jù)是否在內(nèi)存中也是在地址映射過(guò)程中完成的。Win32系統(tǒng)總是假設(shè)數(shù)據(jù)已在物理內(nèi)存中，并進(jìn)行地址映射。頁(yè)表項(xiàng)中有一位標(biāo)志位，用來(lái)標(biāo)識(shí)包含此數(shù)據(jù)的頁(yè)是否在物理內(nèi)存中，如果在的話，就直接做地址映射，否則，拋出缺頁(yè)中斷，此時(shí)頁(yè)表項(xiàng)也可標(biāo)識(shí)包含此數(shù)據(jù)的頁(yè)是否在調(diào)頁(yè)文件中(外存)，如果不在則訪問(wèn)違例，程序?qū)?huì)退出，如果在，頁(yè)表項(xiàng)會(huì)查出此數(shù)據(jù)頁(yè)在哪個(gè)調(diào)頁(yè)文件中，然后將此數(shù)據(jù)頁(yè)調(diào)入物理內(nèi)存，再繼續(xù)進(jìn)行地址映射。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)進(jìn)程擁有私有4G的虛擬地址空間，也就是說(shuō)每個(gè)進(jìn)程都擁有自己的頁(yè)目錄和頁(yè)表結(jié)構(gòu)，對(duì)不同進(jìn)程而言，即使是相同的指針(虛擬地址)被不同的進(jìn)程映射到的物理地址也是不同的，這也意味著在進(jìn)程之間傳遞指針是沒(méi)有意義的。
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