Linux进程虚拟地址

进程虚拟地址空间：程序地址空间应称为 → 进程虚拟地址空间
为什么这么说，我们先来看一段代码

• 父进程有一个全局变量val=0，创建子进程，
• 在子进程中对该val的值进行修改，并分别打印val分别在父子进程中的值和地址

输出结果：

父进程创建子进程，并都去打印全局变量产生的问题：

• 子进程创建成功后拷贝父进程的PCB，它们各自的内存指针，指向各自的进程虚拟地址空间，其中的代码段和父进程的一样；
• 父子进程是两个不同的进程，打印出全局变量的地址一模一样；
• 按照对内存的理解，不同进程使用内存应在不同的物理内存上，&符号拿到地址应该不同；
• 在C/C++代码中用&符号获得的地址，都是操作系统虚拟出来的地址，并不是真正的内存条中的物理地址

离散分配：提高对内存的使用率

对虚拟地址的理解，以及操作系统如何联系虚拟地址和物理地址

虚拟地址的产生是为了操作系统方便统一管理物理内存

• 每一个程序在启动时，操作系统会为其虚拟一段4G的地址空间，这上面的每一个地址不是真是的物理地址，只是一个编码不能保存实际数据；
• 操作系统只需要维护进程与物理内存的一个映射关系，用到了一个叫做页表结构的维护；
• 页表结构将虚拟地址和物理地址对应起来，对于每个进程都有一个页表结构；
  要操作数据需要通过虚拟地址找到页表的映射关系，再找到具体的物理内存
• 虽然为每个进程分配4G虚拟空间，如果进程只用20M，在这个页表关系中也只映射20M空间
• 所以在代码中打印出来的地址并不是物理地址而是虚拟地址

页表结构：

虚拟地址转化成物理地址三种方式：

1. 分页式：

通过虚拟地址算出页号，通过页表找到相应块号，通过块号找到相应块的起始位置，再加上页内偏移找到具体物理地址（图同分段式，只是名字不一样）

虚拟地址 = 页号 + 页内偏移

• 一个0x11223344这个虚拟地址是由两部分构成，一个是页号，一个是页内偏移；也就是说操作系统知道每一个通过虚拟地址得到对应的物理地址
  

操作系统在进行管理时，

• 将进程虚拟地址空间分成一页一页的小块；
• 每个小块的大小通常为4kb (4096个字节)，每块大小在512字节~8kb之间；
• 并且将物理内存分成了和一页大小相同的物理块（左边叫页，右边叫块）

• 页表：第一列保存的是页号，第二列保存的是块号
• 页表结构：将虚拟地址与物理地址对应起来；页表结构有两列

虚拟地址转化成物理地址：

1. 通过一个虚拟地址一定可以知道该地址对应的页号，在页表中查到对应的页号找到块号，通过块号找到物理内存；
2. 一块物理内存有4096个字节，也就是说有4096个地址；所以找到块号也不能确定虚拟地址对应的物理地址，还要再加上偏移量
3. 通过虚拟地址计算页号和页内偏移：
   页号 = 虚拟地址 / 页的大小
   页内偏移 = 虚拟地址 % 页的大小

2. 分段式：

通过虚拟地址得到段号，通过段号找到段的起始地址，段的起始地址+段内偏移得到物理地址

虚拟地址 = 段号 + 段内偏移
段表：也是两列 段号 + 段的起始地址

3. 段页式：

通过段号找到页表起始位置（也就是找到了哪个页表），通过页号对应块号，通过块号找到物理内存中某个块的起始位置，通过页内偏移在块中找到物理地址

虚拟地址=段号+页号+页内偏移

在操作系统中存在一个段表若干个页表
段表第一列是段号；第二列是页表的起始位置
页表第一列是页号；第二列是块号

其它概念：

1. 进程间的运行是抢占式执行
2. 并行和并发
   并行：多个进程同时拥有不同的CPU进行运算----有多个CPU
   并发：多个进程在同一时刻只能有一个进程有CPU进行运算----单个CPU
3. 独立性：一个进程被创建，该进程就是独立的，其它进程不会影响到该进程
   复杂指令集：直接写一条指令
   精简指令集：拆分很多模块，写成很多指令，运行一条新指令时会找一下之前是否有相同模块的指令