虚拟内存

我们可以将虚拟内存看作是在磁盘上一片空间,当这片空间中的一部分访问比较频繁时,该部分数据会以页为单位被缓存到主存中以加速 CPU 访问数据的性能,虚拟内存利用空间较大的磁盘存储作为『内存』并使用主存储缓存进行加速,让上层认为操作系统的内存很大而且很快,然而区域很大的磁盘并不快,而很快的内存也并不大

虚拟内存可以为正在运行的进程提供独立的内存空间,制造一种每个进程的内存都是独立的假象,在 64 位的操作系统上,每个进程都会拥有 256 TiB 的内存空间,内核空间和用户空间分别占 128 TiB5,部分操作系统使用 57 位虚拟地址以提供 128 PiB 的寻址空间6。因为每个进程的虚拟内存空间是完全独立的,所以它们都可以完整的使用 0x0000000000000000 到 0x00007FFFFFFFFFFF 的全部内存。

四层页表结构

操作系统会使用最低的 12 位作为页面的偏移量,剩下的 36 位会分四组分别表示当前层级在上一层中的索引,所有的虚拟地址都可以用上述的多层页表查找到对应的物理地址。

虚拟内存不仅可以在 fork 时用于共享进程的物理内存,提供写时复制的机制,还能共享一些常见的动态库减少物理内存的占用,所有的进程都可能调用相同的操作系统内核代码,而 C 语言程序也会调用相同的标准库。

linux在fork的时候,实际上是fork了父进程的虚拟页表,这样可以共享操作系统内核代码和标准库

页表可以存储进程的权限作为cpu段寄存器权限的链接