LINUX 虛擬內存
以32位操作系統為例子，因為64位系統虛擬地址過大為2^64,32位僅僅為2^32=4G更利于描述，但是原理東西都一樣

這首先要從程序和進程之間的關系開始，我們一般寫好一段C\C++代碼編譯后僅僅為可執行文件假設為a.out，我們
運行a.out的時候，這個才叫進程，進程是OS級別抽象的實體(PCB task_struct結構體),為程序運行進行各種檢查和
系統資源分配，一個PCB包含部分信息如下：
(摘至刑文鵬LINUX系統編程講義)
* 進程id。系統中每個進程有唯一的id，在C語言中用pid_t類型表示，其實就是一個非
負整數。
* 進程的狀態，有運行、掛起、停止、僵尸等狀態。
* 進程切換時需要保存和恢復的一些CPU寄存器。
* 描述虛擬地址空間的信息。
* 描述控制終端的信息。
* 當前工作目錄（Current Working Directory）。
* umask掩碼。
* 文件描述符表，包含很多指向file結構體的指針。
* 和信號相關的信息。
* 用戶id和組id。
* 控制終端、Session和進程組。
* 進程可以使用的資源上限（Resource Limit）

每個進程分配的內存包含很多稱之為段的部分組成并且放到0-3G用戶態虛擬地址空間中，3-4G為kernel太虛擬地址(注意我們以32位為列)，
PCB就存放在我們的kernel態中。
下面描述0-3G用戶態虛擬內存段
由下向上分別是
1、代碼段，是程序運行的機器代碼，一個程序代碼可以多個程序
? ?同時運行，那么這個代碼段可以同時存在于不同進程的不同
? ?虛擬內存地址中，等會用圖說明
2、初始化數據段，這個就是C\C++已經初始化的全局變量和靜態變量
? ?我們知道靜態變量是存在于程序結束，而全局變量(非靜態)的作用
? ?域也是全部代碼塊，那么這些變量需要放到一個非棧空間中
? ?(關于靜態變量可以查看如下鏈接
??http://blog.itpub.net/7728585/viewspace-2119670/
? ?)
3、未初始化數據段，為初始化的全局變量和靜態變量，未初始化本
? ?段的內容初始化為0
4、堆(heap)段，是在運行的時候動態進程分配的內存區域，比如malloc
下面以一段簡單代碼說明，目的僅僅在于說明上面說的：
(未分配虛擬內存地址)
5、棧(stack)段，我們知道棧是一個后進先出的數據結構，用于存儲局部
? ?變量，實參和返回值。它由棧幀組成(stack frames),每次新的函數調用
? ?都會分配一個新的棧幀比如下面的getv rev都在main函數棧幀里面。
? ? 而沒有使用到局部變量t 則在add函數棧幀里面
6、argc,environ 數組信息，固定大小

點擊(此處)折疊或打開

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<string.h>

typedef unsigned int uint;

static uint step=1024;//全局初始化靜態變量,初始化數據段

uint iniv=1; //全局初始化非靜態變量，可以使用extern訪問，初始化數據段

static uint zero;//全局未初始化靜態變量，未初始化數據段

uint add(uint inv) //值傳遞 棧 for add funcation?stack frame

{

? ? ?int t; //?棧?for?add funcation?stack frames

? ? ?return inv*step+zero; //棧 for add funcation?stack frames

}

int main(void)

{

????????uint getv = 10; //棧 for main funcation?stack frame

????????uint rev; //棧 for main funcation?stack frames

????????char* p; //棧 for main funcation?stack frames

????????rev = add(getv);

????????p = calloc(6,1); //堆

????????strcpy(p,"test:");

????????printf("%s%u\n",p,rev);

????????return 0;

}

本來很多圖像自己畫，但是發現比較麻煩，并且效果可能并不如原圖好，所以直接
摘錄.
關于進程各段組織如下(摘自UNIX/LINUX系統編程手冊)


關于進程用戶態和內核態的關系如下(摘自刑文鵬LINUX系統編程講義)




為了方便管理LINUX將內存分為叫做頁幀的單元(我們熟悉的4K)，然后內核中就需要保存一份進程虛擬地址到實際地址的映射表，如果訪問的數據不再物理內存
中就發生page fault，將磁盤中的數據復制到物理內存，建立虛擬地址到物理內存的映射關系，一個進程訪問數據是通過虛擬地址進行訪問，然后通過映射表對應
到實際的物理內存。
由于64位系統需要管理的內存頁非常巨大在LINUX中使用三級或者四級(內核2.6.11以上使用四級)映射表，關于映射表實際實現這里沒有過多討論，因為這個屬于
LINUX內核原理的東西，我也沒有能力研究。
(實際是虛擬地址--》線性地址--》物理地址，但是LINUX中虛擬地址和線性地址是相同的。)


映射表直觀圖(摘自UNIX/LINUX系統編程手冊)

四級映射表(摘自pdf內存尋址)


最后我們需要牢牢的記住的就是每個進程都有0-4G的虛擬地址空間可供分配，當然沒有分配就是未使用的，進程訪問的是內存虛擬地址，虛擬地址空間的數據可能并不
在實際內存中，當進程訪問到虛擬地址的數據并不在內存中，那么發生page fault，將磁盤中的數據復制到物理內存，建立虛擬地址到物理內存的映射關系，如果在實際內存不足的情況下啟用swap做為物理內存的補充，將部分曾經使用過的數據而當前沒有使用的數據拷貝到SWAP中。而數據的過期處理一般為用戶程序自己控制比如LRU鏈表。
(這也是為什么某些數據庫比如ORACLE MYSQL，在一臺64G的內存的機器上同時跑2個實例都分配64G左右內存能夠起來，但是過一段時間可能報內存不足的原因)


某些觀點為作者自己觀點如果有誤請指出
參考資料：
1、UNIX/LINUX系統編程手冊
2、LINUX操作系統原理與應用
3、刑文鵬LINUX系統編程講義
4、pdf內存尋址

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總結

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