我對于虛擬地址空間和虛擬內存的理解：32位的CPU中，一個進程都有個4G的虛擬地址空間；虛擬內存是存在于硬盤上的頁交換文件。
前段時間聽了一個報告，報告人竟然一再強調說MMU管理的是虛擬內存，個人認為MMU管理的應該是進程的虛擬地址空間吧？
回來查了下《WINODWS核心編程》，發(fā)現第五版的中文版本中對這兩個概念說的也不清楚，如P362頁：磁盤上的文件一般被稱為頁交換文件，其中包含虛擬內存。難道頁交換文件不是等價于虛擬內存嗎？
歡迎大家討論，最后能得出個一致的結論。 | | ? | | ? |
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#1樓 得分：0回復于：2009-06-19 11:10:30
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精華推薦：一個跟線程同步類似的問題,請各位幫幫看看出錯原因 |
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- microyzy
- (分也許不少，但別誤會俺是高手)
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#2樓 得分：4回復于：2009-06-19 11:42:36
硬盤上的文件是虛擬內存交換到磁盤的結果，虛擬內存就是你的程序能訪問到的那些內存，這是相對于真正的內存物理地址而言，這是我的理解。我覺得，windows核心已經解釋得足夠清晰了，如果認為模糊，那么多讀幾次，另外補下基礎知識，其實，有幾個人完全清楚捏-_- | | ? |
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#3樓 得分：4回復于：2009-06-19 12:30:18
第一個問題：
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虛擬內存是一個4G的地址空間，是一個空間，有部分對應實在的代碼和數據，還有很多是空的地址，不對應實際的代碼和數據。
第一個疑點：
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MMU管理的確實是虛擬內存，它是CPU的一個物理部件。
第二個問題：
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虛擬內存對應實在的代碼和數據存在兩個地方，一個是按頁存入物理內存（以下簡稱內存），另一個是按頁存入硬盤。在硬盤上的部分是以文件形式存在，目的是為了換入換出內存，所以叫頁交換文件。
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說明白點：頁交換文件不是虛擬內存（白馬非馬），是其中的一種存在形式，另一種形式是內存（黑馬也是馬）。
問題擴充：
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舉例，可執(zhí)行文件運行時要先裝載，但并沒有把所有代碼和數據從硬盤復制到內存（內存和硬盤中各有部分，并且以頁形式存在，一般頁有4KB大小），當程序執(zhí)行到某個代碼或數據時，如果內存中沒有，那么CPU就產生一個異常（因為CPU只能直接存取在內存中的代碼和數據，不能直接訪問硬盤中的），然后通過MMU控制把對應的代碼或數據的頁從硬盤調入內存，再回到產生異常的指令，重新執(zhí)行（當然代碼或數據已經在內存，這次不產生異常了）。
問題溯源：
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那為什么不全部調入內存？
? 因為要在我的32M的物理內存的586電腦中執(zhí)行大于32M的程序（比如WIN2000）。
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還有一個好處，可以把物理內存中長時間沒用到的數據和代碼頁移出到硬盤，騰出內存空間我再開始運行另一個新的程序。
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還有一個好處，....虛擬內存的用處很多。 | | ? |
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精華推薦：MFC實現模擬線程同步（司機與售票員）（附有源碼） |
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- sandyandy
- (songwenchao)
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#4樓 得分：0回復于：2009-06-19 12:35:45
虛擬內存就是用頁面文件來充當內存使用.
某種意義上是一致的,但不是絕對相等的 | | ? |
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精華推薦：谷歌瀏覽器優(yōu)化綠色版，大家都來用用提提建議啊 |
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#5樓 得分：0回復于：2009-06-19 12:37:36
“還有一個好處，可以把物理內存中長時間沒用到的數據和代碼頁移換出到硬盤中的頁交換文件，騰出內存空間我再開始運行另一個新的程序。”
這樣改一下更好理解。 | | ? |
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精華推薦：感受微軟外包項目(一) |
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#6樓 得分：4回復于：2009-06-19 12:50:09
虛擬內存是一個Windows內存管理的概括
非要說是由什么組成的：物理內存、頁文件和映射文件都是虛擬內存機制的一部分
說虛擬內存就是頁文件并不正確，映射文件的部分后援存儲器都是直接對應磁盤文件的，而不是頁文件 | | ? |
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#7樓 得分：0回復于：2009-06-19 13:41:53
非常感謝以上各位的回答，談談自己的看法。
microyzy：虛擬內存就是你的程序能訪問到的那些內存，我認為這句話是不確切的。程序的進程地址空間的用戶區(qū)所有映射的內存，我的程序應該都能訪問，包括實際的物理內存。
tumen：虛擬內存是一個4GB的地址空間，-----。我認為虛擬內存理論上是最大值是4GB的地址空間（32位尋址），但實際上虛擬內存僅僅是進程地址中映射到頁交換文件中的那部分。
wocow3：說虛擬內存就是頁文件并不正確，映射文件的部分后援存儲器都是直接對應磁盤文件的，而不是頁文件。文件映射部分絕對不是虛擬內存機制。
綜合以上各位的回答，有幾個相互混淆的概念：
1、進程地址空間和虛擬內存應該不是同一概念，在tumen的敘述中我覺得存在將兩者等價的嫌疑；
2、虛擬內存和實際的物理內存絕對不是一個誰包含于誰的概念。在tumen、wocow3的敘述中都有將物理內存劃入到是虛擬內存機制的一部分之嫌疑。我覺得虛擬內存應該是相對于物理內存而言的。
目前我的理解：
每個進程都有個4G的進程虛擬地址空間，虛擬地址空間和實際的物理存儲介質（包括物理內存、硬盤等）具有映射關系，而映射到頁交換文件的那部分即為虛擬內存。
請大家批評修正。 | | ? |
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#8樓 得分：0回復于：2009-06-19 14:04:12
引用 4 樓 sandyandy 的回復:
虛擬內存就是用頁面文件來充當內存使用.
某種意義上是一致的,但不是絕對相等的 某種意義上是一致的？哪種意義上是一致的？
但不是絕對相等的？什么時候體現出區(qū)別？
還請sandyandy兄詳細指教。 | | ? |
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#9樓 得分：0回復于：2009-06-19 14:18:41
代碼和數據要放到內存中才能跑
虛擬內存就是一種機制，讓有限的物理內存運行更大更多的程序。
當物理內存中不夠時，需要將內存的頁換出或是丟棄。
那么對于映射文件，直接在內存中清除就可以了，而不是換出到頁文件保存。 | | ? |
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- justin_bo
- (justin_bo)
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#10樓 得分：0回復于：2009-06-19 14:29:29
攪胡了~~
虛擬內存空間就是操作系統(tǒng)讓你覺得你能使用的內存空間吧。 | | ? |
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#11樓 得分：0回復于：2009-06-19 14:39:33
引用 9 樓 wocow3 的回復:
代碼和數據要放到內存中才能跑
虛擬內存就是一種機制，讓有限的物理內存運行更大更多的程序。
當物理內存中不夠時，需要將內存的頁換出或是丟棄。
那么對于映射文件，直接在內存中清除就可以了，而不是換出到頁文件保存。 如果說虛擬內存是一種機制的話，我同意，但是，虛擬內存機制和文件映射的機制明顯不是一樣的。
虛擬內存機制應該只是內存管理機制中的一種。
虛擬內存機制是在給進程地址空間劃撥實際物理存儲器時，用的是頁交換文件。不知這樣wocow3兄是否同意？ | | ? |
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#12樓 得分：0回復于：2009-06-19 16:04:14
虛擬內存機制是在給進程地址空間劃撥實際物理存儲器時，用的是頁交換文件。
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當然不全是，可執(zhí)行程序的代碼段多是直接映射內存的。在劃撥實際物理存儲器不用頁交換文件 | | ? |
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#13樓 得分：0回復于：2009-06-19 16:10:00
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#14樓 得分：0回復于：2009-06-19 16:45:20
引用 12 樓 wocow3
的回復:
虛擬內存機制是在給進程地址空間劃撥實際物理存儲器時，用的是頁交換文件。
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當然不全是，可執(zhí)行程序的代碼段多是直接映射內存的。在劃撥實際物理存儲器不用頁交換文件 可執(zhí)行程序的代碼段是用的直接映射,劃撥存儲器時也是不用頁交換文件.但是這種方式就不是
虛擬內存機制,而是文件映射. | | ? |
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#15樓 得分：0回復于：2009-06-19 20:16:34
搞深了。如果不怕不明白，我就往深處說說。
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虛擬內存世上本不存在，在8086,或者說80186（不要說沒聽過，后來多用于單片機了）以前，程序對內存的訪問，不管是代碼地址還是數據地址，都是直來直去，是幾號單元就去幾號內存單元找，當然，最復雜的也就算
段地址×16＋偏移地址了。
? 從286開始引入虛擬內存，當然，我們現在很少見到針對286虛擬內存的程序。
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經過完善，386時虛擬內存全面登場，“虛擬內存”加上“32位數據和地址”兩大特性成為劃時代的經典CPU，這也是現在很多操作系統(tǒng)文件中殘留i386、386、32等字樣的歷史原因。
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386的一大突破就是設計了一個功能強大（相對286）可以使用虛擬內存地址尋址的MMU(內存管理單元)，把物理內存（簡稱內存）劃分成一頁一頁來管理，一頁內存大小是固定的（一般是4KB并按4KB地址對齊）,把每頁的首地址按順序排成一個數組放在內存，稱為頁表，頁表的大小也是固定的，再把頁表的首地址排成數組放在內存，稱為頁目錄表，再把頁目錄表的首地址用一個專用CPU寄存器保存。
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程序代碼通過MMU進行虛擬內存尋址時，先取出專用寄存器中保存的頁目錄表首地址，再用32位虛擬地址的高20位作為索引來一層一層的查目錄表查頁表找到物理內存頁的首地址，用虛擬地址低12位（對于4kb頁）做頁內偏移來找到指定單元。
如果非要說的再明白一點，那么：虛擬內存就是程序代碼不能直接訪問物理內存的一種間接訪問物理內存的機制。或者說是把程序中的地址值x和物理內存單元地址值y用y=f(x)的方式架開分隔。
每個進程都有自己的一套獨立的頁表和頁目錄（在進程創(chuàng)建時建立），CPU切換進程時，只要把下一個進程的頁目錄表的首地址寫入專用寄存器，就開始尋址該進程的代碼和數據了（頁目錄表的首地址是領導，領導換了，下面的頁目錄和頁表這些小頭目也變成了另一套班子了）。
對于一個進程來說，它能見到和使用的一切內存地址都是虛擬內存地址（不管訪問最終目標的是在內存中，還是硬盤上），物理內存地址也就只有操作系統(tǒng)偶爾私自在背后把玩把玩，什么時候都不要認為你的程序中的地址是物理內存地址，它會去直接訪問物理內存地址。（除非你是在做操作系統(tǒng)）
在物理內存中只有一套操作系統(tǒng)的代碼，把所有操作系統(tǒng)代碼頁的頁首地址在每個進程的頁表和頁目錄表中都抄一份，那么每個進程就可以共享同一個操作系統(tǒng)的代碼了。
虛擬內存地址通常絕不等于物理內存地址，隔了十萬八千里，風牛馬不相及。
當然，頁表和頁目錄中有很多不對應物理內存頁的空項，這些空項要么是程序沒用到那么多的內存，要么該頁放在了硬盤上，這些信息在頁表項和頁目錄表項的指定位上有標記指示，當MMU查到這些頁表項或頁目錄表項時，會根據標記確定是出錯（因為訪問了程序使用范圍外的虛擬內存地址）或者調入硬盤中對應的映射頁到內在存并登記頁表和頁目錄更改對應項的標記。
同樣，即使沒有映射到硬盤上一個字節(jié)，你的程序全部裝載到物理內存，進程使用的還是虛擬內存地址，因為虛擬內存和是否使用硬盤沒有必然關系，說的直白一點，即使一臺沒有硬盤的電腦，它也能使用虛擬內存。
系統(tǒng)并不機械地建立一個從00000000h到0ffffffffh的4GB虛擬內存映射的頁表和頁目錄，只對那些隔三插王的使用了的虛擬地址才建立對應的頁表和頁目錄，否則的話，小小的內存全被一個個進程的頁表和頁目錄填滿了。
這些基本原理明白后就可以清醒了。 | | ? |
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#16樓 得分：0回復于：2009-06-19 20:22:50
在WindowXP上編程，就是在使用虛擬內存。 | | ? |
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#17樓 得分：0回復于：2009-06-20 09:37:34
引用 16 樓 tumen
的回復:
在WindowXP上編程，就是在使用虛擬內存。 tumen:
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您好!
感謝你給出的很多原理性的解釋,通俗易懂,讓我學到了
很多東西.但是,我始終認為你把進程的虛擬地址空間和虛擬
內存的概念搞混淆了,呵呵,也許我太犟,不過純粹是學術討論,
還請不吝賜教. | | ? |
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- ok1234567
- (ok1234567)
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- 等 級：
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#18樓 得分：3回復于：2009-06-20 11:12:57
我覺得，虛擬內存與虛擬內存管理技術是不同的概念
虛擬內存是與物理內存對應的一個概念，指的是有假包換的假內存，也就是用硬盤充當(冒充)的內存
至于虛擬內存管理技術，進程空間那是另外一套符號體系:) | | ? |
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#19樓 得分：0回復于：2009-06-20 12:04:06
引用 18 樓 ok1234567 的回復:
我覺得，虛擬內存與虛擬內存管理技術是不同的概念
虛擬內存是與物理內存對應的一個概念，指的是有假包換的假內存，也就是用硬盤充當(冒充)的內存
至于虛擬內存管理技術，進程空間那是另外一套符號體系:) 感謝OK1234567的回復,我非常贊同你的解釋.也就是說,虛擬內存和虛擬內存管理技術、進程地址
空間是不同的概念。并且虛擬內存就是硬盤充當的那部分內存，即是頁交換文件的一部分。希望大家能得
出個統(tǒng)一的認識，求同存異。 | | ? |
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#20樓 得分：0回復于：2009-06-20 13:49:03
我理解：進程地址是一個程序的運行空間，程序的運行需要在內存中進行，虛擬內存技術實現了進程地址到內存地址的映射。 | | ? |
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- cnzdgs
- (滿天星\n技術問題請勿私聊)
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- 等 級：
2
更多勛章
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#21樓 得分：3回復于：2009-06-20 21:04:57
虛擬地址空間包括已分配和未分配的空間，已分配的就是虛擬內存，虛擬內存的儲存單元可能是物理內存，也可能是磁盤文件。 | | ? |
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#22樓 得分：2回復于：2009-06-21 01:24:59
記得以前的286,386 CPU內存是分開的,一個是代碼段,另外一個數據段,后來到MMX
就改了,好像說用線性內存管理,
我覺得tumen兄,講的是CPU對內存尋址技術(虛擬內存管理技術)好像是單片機8031+RAM
而所謂"虛擬內存"是在Win系統(tǒng)下建立,有相應多的硬件I/O支持,有不經CPU的大流量數據塊傳輸(DMA),有硬盤..等等!
隨便說說而已,錯了多多包涵!
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#23樓 得分：0回復于：2009-06-21 14:23:29
我在樓主的帖子上耗費的時間已有5個小時，（不要認為僅僅是打幾十個字的時間，我要針對問題去長時間思考和組織語言，目的是用簡單的語言說明白，我從不喜歡從GOOGLE的搜索結果中粘貼，我認為我知道的我一定能說明白），但我認為這點時間還是值得。很大的原因在于我不想讓曾經困惑我很久的問題讓后來者再踏上同一條曲折的彎路。
引用 7 樓 jcsnwpu 的回復:
非常感謝以上各位的回答，談談自己的看法。
microyzy：虛擬內存就是你的程序能訪問到的那些內存，我認為這句話是不確切的。程序的進程地址空間的用戶區(qū)所有映射的內存，我的程序應該都能訪問，包括實際的物理內存。
tumen：虛擬內存是一個4GB的地址空間，-----。我認為虛擬內存理論上是最大值是4GB的地址空間（32位尋址），但實際上虛擬內存僅僅是進程地址中映射到頁交換文件中的那部分。
wocow3：說虛擬內存就是頁文件并不正確，映射文件的部分后援存儲器都是直接對應磁盤文件的，而不是頁文件。文件映射部分絕對不是虛擬內存機制。
綜合以上各位的回答，有幾個相互混淆的概念：
1、進程地址空間和虛擬內存應該不是同一概念，在tumen的敘述中我覺得存在將兩者等價的嫌疑；
2、虛擬內存和實際的物理內存絕對不是一個誰包含于誰的概念。在tumen、wocow3的敘述中都有將物理內存劃入到是虛擬內存機制的一部分之嫌疑。我覺得虛擬內存應該是相對于物理內存而言的。
目前我的理解：
每個進程都有個4G的進程虛擬地址空間，虛擬地址空間和實際的物理存儲介質（包括物理內存、硬盤等）具有映射關系，而映射到頁交換文件的那部分即為虛擬內存。
請大家批評修正。
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對于以上問題和疑惑我認為我已經說明白了，但又為什么不能讓人明白，我只好模擬通常學東西的方法，上GOOGLE搜了一下“虛擬內存”，我明白了，我也想起了我以前走的彎路。
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又是微軟，又是WINDOWS,還是微軟，還是WINDOWS。
? 再說兩段，能明白就明白吧。
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1.如果是網管，或者經常修機裝系統(tǒng)，能把虛擬內存理解成你設置在硬盤的C盤或D盤或E盤等邏輯盤上一個多達幾百MB或幾個GB的交換文件，沒錯，按照微軟或者WINDOWS的定義沒錯，你是合格的，勝任自己的工作。
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2.如果是編程，特別是中低層相關的系統(tǒng)編程（相對于網頁、PHOTOSHOP\3DMAX等），按MS的定義你必將走上和我曾經一樣的充滿困惑和疑慮的彎路。
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建議兩條路可走：A.抱緊MS的教條，繼續(xù)疑惑別人的一些觀點并一直疑惑下去，成為程序生涯中一個不愿面對的死胡同。B.讓MS的教條去死吧，去接受一個真正的、開放意義上的虛擬內存，讓自己對電腦軟硬件的認識有一個更高視野。低眉信首，疑云隨風散。
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也許我的效率低了，近兩個小時，但我還是希望都能明白。 | | ? |
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#24樓 得分：0回復于：2009-06-21 22:55:38
真是無語了，刨根問底是好的，但是不能像孔乙己那樣追究茴香豆茴字的寫法，那就變成了掉書袋了，毫無意義。 | | ? |
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#25樓 得分：0回復于：2009-06-22 00:35:48
其實“虛擬內存”是宏觀概念!就好像兩父子,父親(CPU有虛擬的技術),到兒子(系統(tǒng))繼承了該技術,再發(fā)揚光大應用到硬盤上!只不過一些人講他父親的屬性,一些講兒子的屬性,一些講他家族的屬性!
大家都有道理!! | | ? |
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#26樓 得分：0回復于：2009-06-22 08:38:41
引用 24 樓 codewarrior
的回復:
真是無語了，刨根問底是好的，但是不能像孔乙己那樣追究茴香豆茴字的寫法，那就變成了掉書袋了，毫無意義。
感謝您的回復.其實虛擬內存對WINDOWS編程人員來是說,是相當重要的一個概念.也許有很多人像我這樣
地在困惑,也許是我的領悟能力太差,但絕不是孔乙己的茴香豆,謝謝. | | ? |
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#27樓 得分：0回復于：2009-06-22 08:59:12
感謝大家,感謝microyzy,tumen,wocow3,ok1234567,cnzdgs,zufei.
討論是必要的,爭議也是將認識和技術升華的一種的動力.或許最終沒有得出一個
統(tǒng)一的結論,但是我還是從這個帖子中受益良多.
最后尤其要感謝tuemn,在這個帖子上花費了很多寶貴的時間,甚至讓我一度不能贊成
他的觀念,但腦子里卻認為他應該是對的,自己盡量朝他的方向去想.但遺憾的是,他最終
未能說服我,也許他的觀點是對的.最后,也想給tumen一點建議:你說的很多,也很詳細,
從原理上講也是對的,但更多的是缺少回答問題的針對性,比如我一再和你強調的進程地址
空間和你說的虛擬內存到底是什么區(qū)別等,你從未正面回答這些問題.
最后,謝謝大家.祝大家工作順利,月月加薪! |
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總結
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