linux 內存管理淺析（二）

  上講中，講解了linux的物理內存管理，這講進行虛擬內存管理的講解。
       咱們程序猿們常常講「我new（malloc）了多少內存」，實際上咱們使用的new（malloc）申請的內存是「虛擬內存」，更確切的說，咱們程序猿（app程序猿，不是寫內核的）所能操控的都是「虛擬內存」。
       什麼是「虛擬內存」？就是這個「內存」不是指真正內存條的，而是操做系統給你開的一個空頭支票。尼瑪？這是怎麼回事？是否是有點暈？沒事，我給你們舉個例子。
       假設有個銀行，銀行只有1000w，誰須要錢就向銀行借，後續只需還本金不用還利息（現實中要有這麼好就行了）。假設每一個人一輩子下來，銀行就給他開個1000w的支票且不能直接使用支票，但銀行並不會立刻給他1000w，等到他用錢的時候，銀行就給他實際須要的數目，若是銀行暫時沒有那麼多，就讓他等等。可是通常人都不會一次性須要那麼多錢，這樣基本上每一個人取錢的時候，銀行通常都會知足，讓每一個人感受他都有1000w可用。
       操做系統就好像上面例子中的銀行，物理內存就好像錢，虛擬內存就是銀行開出的支票。當咱們app啓動時，操做系統就分給它4G虛擬內存（32位），等到app實際須要內存時，操做系統才分配真正的物理內存給它，這樣每一個app都感受它擁有4G內存。
       爲何要有虛擬內存呢？
       個人理解是：方便管理，安全。
       若是每一個app直接去操做物理內存，因爲只有一塊物理內存，那每一個程序起始的物理地址就不同，比較麻煩，有了虛擬內存，你們的起始地址都同樣，方便管理；再就是安全，有了虛擬內存，app只能操做虛擬內存，物理內存由內核統一安排，這樣不至於某個app出了問題，把別的app的內存數據給覆蓋，影響另外一個app。
        如今應該看看虛擬內存的地址空間了（32位的）：

        虛擬地址空間整體上分爲兩大部分：內核空間（1G）和用戶空間（3G）。咱們的app能操做的虛擬地址就是用戶空間部分。
       內核空間：內核空間大致上又可分爲兩部分，3G~3G+896M，這部分到物理地址的映射是寫死的，畢竟總得有內核本身的代碼也是要加載到物理內存中才能執行啊！（這也說明，程序中的初始化是一個程序很是重要的部分，從此遇到開源程序，先看它的初始部分，不然會看暈的）
       用戶空間：用戶空間通常有3G，又可細分爲：stack、mmap、heap、bss、data、text等部分。
       stack：比較常見，就是咱們平時說的棧，內存的釋放不須要咱們管理；
       mmap：這裏通常是將咱們要讀的文件映射進來，實現文件的直接讀寫；
       heap：就是咱們日常說的堆， c/c++中的new、malloc就是在這個範圍內分配，須要咱們程序管理釋放。
       bss：一般是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。
       data：一般是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內存區域。
       text：一般是指用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。
       用戶空間的這些劃分都是邏輯上的，內核代碼中使用memory region對象實際管理整個虛擬地址空間，結構爲vm_area_struct。一個進程中可能有多個memory region，每一個memory region表明了一段地址空間範圍。全部memory region以鏈表的形式鏈接在一塊兒（同時也以紅黑樹的結構存儲，爲了快速定位一個具體的地址）。
       memory region和上面將的stack、heap等是模糊對應的，例如bss、heap等有可能在同一個memory region上。

       講到這裏，基本上把虛擬內存與物理內存的關係，以及虛擬內存的做用將清楚了（有不清楚的，能夠下來直接找我）。如今就應該講講內核中是怎麼把虛擬內存映射到物理內存的（畢竟支票沒法使用）。
       通過編譯後的程序中的地址都是虛擬地址，cpu再執行這個命令以前必須把虛擬地址轉換爲物理地址，這個轉換使用的就是頁表，每一個app都有本身的頁表。linux爲了高度抽象化，規定頁表有四級：
       頁全局目錄PGD、頁上級目錄PUD、頁中間目錄PMD和頁表PT。以下圖所示：（具體轉換不作介紹，網上比較多，你們能夠查閱）

        講到這裏，你們彷佛感受到：一個程序要使用內存，必須先申請虛擬內存，而後操做系統纔給你分配物理內存。you are right！！！程序中分配虛擬內存的接口爲new（c++）、malloc（c）。java中不須要咱們本身操做，是由jvm向操做系統申請的。
        本貼只將了基本性的概念，具體你們能夠分塊查詢，學習。