一、虚拟内存
将进程所用的地址隔离开,让操作系统为每个进程分配独立的一套虚拟地址。虚拟内存可以使进程的运行内存超过物理内存的大小。
进程持有的虚拟地址会通过 CPU 芯片中的内存管理单元(MMU)的映射关系,来转换变成物理地址,然后再通过物理地址访问内存,如下图所示:
有两种映射方法:
1、分段:
由于程序由若干逻辑段组成,例如代码分段、数据分段、栈段、堆段。不同的段有不同的属性,所以使用分段的形式将段分离出来。
分段机制下的虚拟地址有两部分组成,段选择因子和段内偏移量。
段选择因子和段内偏移量:
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段选择因子就保存在段寄存器里面。段选择因子里面最重要的是段号,用作段表的索引。段表里面保存的是这个段的基地址、段的界限和特权等级等。
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虚拟地址中的段内偏移量应该位于 0 和段界限之间,如果段内偏移量是合法的,就将段基地址加上段内偏移量得到物理内存地址。
虚拟地址是通过段表与物理地址进行映射的,分段机制会把程序的虚拟地址分成 4 个段,每个段在段表中有一个项,在这一项找到段的基地址,再加上偏移量,于是就能找到物理内存中的地址,如下图:
2、分页:
分页是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小。这样一个连续并且尺寸固定的内存空间,我们叫页(Page)。
页表是存储在内存里的,内存管理单元 (MMU)就做将虚拟内存地址转换成物理地址的工作。
在分页机制下,虚拟地址分为两部分,页号和页内偏移。页号作为页表的索引,页表包含物理页每页所在物理内存的基地址,这个基地址与页内偏移的组合就形成了物理内存地址,见下图。
快表:在 CPU 芯片中,加入了一个专门存放程序最常访问的页表项的 Cache,这个 Cache 就是 TLB(Translation Lookaside Buffer) ,通常称为页表缓存、转址旁路缓存、快表等。
3、段页式内存管理
段页式内存管理实现的方式:
- 先将程序划分为多个有逻辑意义的段,也就是前面提到的分段机制;
- 接着再把每个段划分为多个页,也就是对分段划分出来的连续空间,再划分固定大小的页;
这样,地址结构就由段号、段内页号和页内位移三部分组成。
段页式地址变换中要得到物理地址须经过三次内存访问:
- 第一次访问段表,得到页表起始地址;
- 第二次访问页表,得到物理页号;
- 第三次将物理页号与页内位移组合,得到物理地址。
二、内存满了会发生什么?
当分配物理内存的时候,如果空闲物理内存不够,就会进行内存回收的工作:
- 后台内存回收:在物理内存紧张的时候,会唤醒 kswapd 内核线程来回收内存,这个回收内存的过程异步的,不会阻塞进程的执行。
- 直接内存回收:如果后台异步回收跟不上进程内存申请的速度,就会开始直接回收,这个回收内存的过程是同步的,会阻塞进程的执行。
在经历完直接内存回收后,空闲的物理内存大小依然不够,那么就会触发 OOM 机制,OOM killer 就会根据每个进程的内存占用情况和 oom_score_adj 的值进行打分,得分最高的进程就会被首先杀掉。
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