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關于虛擬內存，物理內存，我有蠻多概念都是很模糊的，今天下午看了一下虛擬內存，也算是有了一點小收獲，本文就針對為什么需要有虛擬內存的理解寫下來。

????同時，我也希望自己能夠陸續學習linux內存管理的知識，并且寫出一些文章，來記錄自己的一些理解。

???? 如果您覺得有任何問題，可以留下評論，我們一起討論，畢竟越辯越明。

為什么要使用虛擬內存

????之前的計算機系統，是使用物理地址來使用內存的，這樣，CPU就根據某個寄存器中相應的值，直接到物理內存去取值了。

???? 這樣的好處就是非常直接，非常容易理解。

????而缺點是，我們需要知道物理地址的值，每次程序開始執行，也就是執行程序從磁盤被load到物理內存中之后，我們必須告訴CPU，程序是從哪一個地址開始執行的(即PC寄存器的值)；還有一個致命的缺點是：程序使用的內存會被物理內存所限制，比如我們的機器上只有512M內存，那我們的程序就不能使用需占1G內存的程序了。這點或許是催生虛擬內存產生的最主要原因。

虛擬內存的概念

????為了解決上面的的問題，就產生了虛擬內存的概念。那什么是虛擬內存呢？這里我先說說自己對存儲器層次結構的理解。

????計算機中有一種存儲器層次的原則。我的理解是，CPU使用的數據都是基于寄存器的，如果我們的寄存器足夠的大和多并且足夠便宜，那么也就沒有后來那么多的東西產生了。而問題就是寄存器足夠快，但其造價卻非常昂貴，因此，考慮到成本，就有了之后的CPU高速緩存，主存(就是我們常說的內存)和硬盤，甚至磁帶等存儲器了。

????那么，計算機是如何讓這些速度快慢不一、容量大小不一的存儲器在一起工作的呢？一個方案就是存儲器層次結構。

????對于這個存儲器層次結構，我的理解是：CPU是和寄存器打交道的，但寄存器的容量畢竟有限，因此就需要高速緩存存儲器來作為寄存器的緩存，當有些數據在寄存器中找不到時，CPU就可以去尋找高速緩存這個存儲器中的內容，如果告訴緩存器還沒有這個數據，那我就去主存中再去尋找這個數據，如果主存中也還沒有，那就去磁盤中找吧。

????這也是我對存儲器層次結構的一個理解。

????以上說了一通，但都沒有提到虛擬內存，那虛擬內存究竟是什么？他在這個層次中處于哪個位置呢？

????實際上，按照這種模型去思考的話，就可以這樣理解：虛擬內存就是去解決主存到磁盤這個層次的方案。

????沒錯，我認為虛擬內存就是一種方案，而且他是非常重要的，為什么呢？眾所周知，CPU的速度很快，內存就是作為匹配CPU和磁盤之間速度的一個中間層，高速緩存其實也是這樣一個緩存的角色，但問題是，如果高速緩存失效，那么CPU會去訪問內存，這樣的速度只是降低了十倍的數量級；而如果是內存失效，讓CPU去訪問磁盤的話，這樣的速度卻是降低了十萬倍到百萬倍的數量級。

????可見，在寄存器、高速緩存和主存之間緩存的失效，結果還是可以讓人接受的(想想java的volatile關鍵字)，但主存和磁盤之間緩存的失效，就會給程序造成比較大的性能影響了，所以我們應該努力避免主存的失效，這也是虛擬內存所必須要解決和面對的問題之一。

總結

????其實可以認為，程序使用的內存，都是用的虛擬內存，因此也就沒有了物理內存的限制(但還是限制于計算機的尋址位數，比如32位和64位，因為虛擬內存系統需要使用到物理內存)。他可以把自己的一部分放在物理內存中，還有一部分當做緩存放到磁盤中。另外，虛擬內存有相應的虛擬地址，因此，他就可以做到對于每一個程序來說，使用的都是相同的虛擬地址，這些虛擬地址，則可以映射到不同的物理地址，也就是說每個程序都可以把自己想象成自己擁有整臺機器的內存。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的内存学习――为什么需要虚拟内存的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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