linux 内存管理浅析（二）

  上讲中，讲解了linux的物理内存管理，这讲进行虚拟内存管理的讲解。
       咱们程序猿们常常讲“我new（malloc）了多少内存”，实际上咱们使用的new（malloc）申请的内存是“虚拟内存”，更确切的说，咱们程序猿（app程序猿，不是写内核的）所能操控的都是“虚拟内存”。
       什么是“虚拟内存”？就是这个“内存”不是指真正内存条的，而是操做系统给你开的一个空头支票。尼玛？这是怎么回事？是否是有点晕？没事，我给你们举个例子。
       假设有个银行，银行只有1000w，谁须要钱就向银行借，后续只需还本金不用还利息（现实中要有这么好就行了）。假设每一个人一辈子下来，银行就给他开个1000w的支票且不能直接使用支票，但银行并不会立刻给他1000w，等到他用钱的时候，银行就给他实际须要的数目，若是银行暂时没有那么多，就让他等等。可是通常人都不会一次性须要那么多钱，这样基本上每一个人取钱的时候，银行通常都会知足，让每一个人感受他都有1000w可用。
       操做系统就好像上面例子中的银行，物理内存就好像钱，虚拟内存就是银行开出的支票。当咱们app启动时，操做系统就分给它4G虚拟内存（32位），等到app实际须要内存时，操做系统才分配真正的物理内存给它，这样每一个app都感受它拥有4G内存。
       为何要有虚拟内存呢？
       个人理解是：方便管理，安全。
       若是每一个app直接去操做物理内存，因为只有一块物理内存，那每一个程序起始的物理地址就不同，比较麻烦，有了虚拟内存，你们的起始地址都同样，方便管理；再就是安全，有了虚拟内存，app只能操做虚拟内存，物理内存由内核统一安排，这样不至于某个app出了问题，把别的app的内存数据给覆盖，影响另外一个app。
        如今应该看看虚拟内存的地址空间了（32位的）：

        虚拟地址空间整体上分为两大部分：内核空间（1G）和用户空间（3G）。咱们的app能操做的虚拟地址就是用户空间部分。
       内核空间：内核空间大致上又可分为两部分，3G~3G+896M，这部分到物理地址的映射是写死的，毕竟总得有内核本身的代码也是要加载到物理内存中才能执行啊！（这也说明，程序中的初始化是一个程序很是重要的部分，从此遇到开源程序，先看它的初始部分，不然会看晕的）
       用户空间：用户空间通常有3G，又可细分为：stack、mmap、heap、bss、data、text等部分。
       stack：比较常见，就是咱们平时说的栈，内存的释放不须要咱们管理；
       mmap：这里通常是将咱们要读的文件映射进来，实现文件的直接读写；
       heap：就是咱们日常说的堆， c/c++中的new、malloc就是在这个范围内分配，须要咱们程序管理释放。
       bss：一般是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。
       data：一般是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。
       text：一般是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。
       用户空间的这些划分都是逻辑上的，内核代码中使用memory region对象实际管理整个虚拟地址空间，结构为vm_area_struct。一个进程中可能有多个memory region，每一个memory region表明了一段地址空间范围。全部memory region以链表的形式链接在一块儿（同时也以红黑树的结构存储，为了快速定位一个具体的地址）。
       memory region和上面将的stack、heap等是模糊对应的，例如bss、heap等有可能在同一个memory region上。

       讲到这里，基本上把虚拟内存与物理内存的关系，以及虚拟内存的做用将清楚了（有不清楚的，能够下来直接找我）。如今就应该讲讲内核中是怎么把虚拟内存映射到物理内存的（毕竟支票没法使用）。
       通过编译后的程序中的地址都是虚拟地址，cpu再执行这个命令以前必须把虚拟地址转换为物理地址，这个转换使用的就是页表，每一个app都有本身的页表。linux为了高度抽象化，规定页表有四级：
       页全局目录PGD、页上级目录PUD、页中间目录PMD和页表PT。以下图所示：（具体转换不作介绍，网上比较多，你们能够查阅）

        讲到这里，你们彷佛感受到：一个程序要使用内存，必须先申请虚拟内存，而后操做系统才给你分配物理内存。you are right！！！程序中分配虚拟内存的接口为new（c++）、malloc（c）。java中不须要咱们本身操做，是由jvm向操做系统申请的。
        本贴只将了基本性的概念，具体你们能够分块查询，学习。