简单了解内存管理

虚拟内存

操作系统需要管理的就是各个进程的内存，对于进程，需要存储代码、堆、栈等信息，如果让程序员直接来操控物理内存管理进程的话，难度会更大，需要考虑进程在哪个位置分配、会不会冲突等问题，那么操作系统提供了虚拟内存给程序员使用，背后的实现这些脏活累活都交给操作系统去完成了，对于虚拟内存，有一些追求的目标：

• 透明：每个进程看上去都有自己的内存，从0地址开始

• 效率：在虚拟内存转换到物理内存的时候兼顾时间（TLB哈希表）和空间（多级页表懒加载）

• 保护：每个进程是隔离的

除了硬件的底层实现，同时也需要有一些上层的策略（如可用内存如何管理、内存不够哪些内存可以释放）

硬件的地址转换

硬件的地址转换也可以叫做虚拟内存和物理内存的联系：物理内存 == 虚拟内存 + 基址寄存器的值，界限寄存器用来保证访问不越界。

这两个寄存器是CPU的重要部分，具体来说是CPU的内存管理单元MMU的重要部分，MMU是操作系统在进程上下文切换用来临时保存将要执行的进程的信息，而对于首次运行的进程，需要从进程列表（保存所有的进程信息）中的进程结构PCB拿出进程信息恢复到MMU，然后返回用户态执行进程。

对于越界访问的进程，界限寄存器会判断并跳转到内核态的异常处理程序。

分段

对于进程内部的虚拟内存，栈和堆之间有很大一块空闲空间，我们可以通过分段把这块空闲空间放到进程外部，把进程内存细分为几个段（如代码段、堆段、栈段），每个段有自己独立的基址寄存器和界限寄存器，也就是说MMU里面有多个寄存器对，进程上下文切换的时候需要恢复多个寄存器对。

我们如何才能知道访问到哪个段？还是这个：物理内存 == 虚拟内存 + 基址寄存器的值。将虚拟地址切割，前两位表示哪个段（对应使用哪个寄存器对），后几位表示段内偏移量，还有几位表示保护位（规定进程的访问权限，用于进程共享时检查）。