其实就是想说说Linux里面那个虚拟内存到底是怎么运作的，感觉挺复杂但又很关键吧

其实你可以把电脑的物理内存想象成一个大仓库，里面有很多个货架格子，每个格子都有自己唯一的编号，这就是物理地址，以前的老式操作系统，程序就是直接往这个仓库的格子里放东西，这就带来一大堆麻烦：如果两个程序都觉得自己应该用同一个格子，那就打架了，系统就崩溃了；再比如，一个程序可能很贪心，它需要的内存比仓库里剩下的空位还多，那就没法运行；还有，万一有个程序使坏，它就能偷看甚至修改别的程序放在仓库里的东西,非常不安全。

Linux（以及所有现代操作系统）解决这些问题的核心办法，就是引入了一个叫“虚拟内存”的中间层，这个点子说白了就是“骗”，操作系统对每一个运行的程序都说：“别担心，整个仓库都是你一个人的！我给你一个超级大的、私有的、连续的仓库空间让你用，这个仓库从0开始编号，要多大有多大。”程序听到这个就安心了，它只在这个“虚拟的仓库”里操作,完全不用管真实的物理仓库到底长什么样。

这个“虚拟的仓库”就是每个进程的虚拟地址空间，这个“骗局”是怎么实现的呢？关键角色是一个叫“内存管理单元（MMU）”的硬件，它藏在CPU里，操作系统会和MMU合作，维护一张巨大的“映射表”，这张表就像是虚拟仓库和真实仓库之间的一个超级快递分拣系统，当程序说：“我要访问我虚拟仓库里100号格子里的数据！”CPU会把请求发给MMU，MMU就立刻去查那张表，一看：“哦，程序A的100号虚拟格子，实际上对应着物理内存里真实的2050号格子。”然后它就把访问请求“翻译”成对物理地址2050的访问，这个过程非常快，对程序来说是完全无感的,它始终以为自己是在操作100号格子。

这个巧妙的“骗局”带来了巨大的好处：

1. 安全隔离了：每个程序都有自己的虚拟地址空间和独立的映射表，程序A的0号地址通过查表可能指向物理地址1000，而程序B的0号地址可能指向物理地址3000，它们之间互相看不见也摸不着，彻底解决了程序间互相干扰的问题，一个程序崩溃了,绝对不会拖累别的程序。

   

2. 管理方便了：因为程序使用的是连续的虚拟地址，它不需要关心物理内存是不是一块一块碎掉的，操作系统可以偷偷地把物理内存中那些零散的空闲小碎片，在映射表里“拼成”一个连续的虚拟空间给程序用,这解决了内存碎片化的难题。

3. 能“超售”内存了：这就是虚拟内存最神奇的地方之一，你的电脑可能只有8G物理内存，但你可以同时运行好几个加起来需要10G内存的程序，操作系统是怎么做到的呢？它利用了硬盘空间，它会把那些暂时用不着的物理内存里的数据，“倒腾”到硬盘上一个叫“交换分区（Swap）”的特殊区域里，从而腾出物理内存给急需的程序用，这个过程叫“换出”，当程序又要用到被换出去的数据时，系统再把这些数据从硬盘“换入”到物理内存，硬盘虽然比内存慢成千上万倍，但作为一种应急的备份手段，它让系统能够运行比物理内存更大的程序，这就像你家里的储物间放不下了,可以把不常用的东西先放到车库里去。

这里有个重要的细节：虚拟内存和交换空间（Swap）不是一回事，虚拟内存是上面说的那一整套“骗局”机制，而Swap只是这套机制为了扩展内存容量而使用的一个辅助手段,一块硬盘空间。

这个映射的最小单位是多大呢？在Linux中，大多数情况下是4KB，这叫一个“页”，物理内存和硬盘上的Swap空间也都是按这个大小来划分和管理的。“分页”是虚拟内存管理的基础。

你可能会问，每次访问内存都要查表，那不会很慢吗？为了解决这个问题，CPU里还有一个叫“转址旁路缓存（TLB）”的超高速缓存，它可以记住最近用过的虚拟地址到物理地址的映射，就像快递员会记住经常送件的几个楼层的门牌号一样，大部分时候直接就能找到，不用每次都去查整栋楼的花名册,这样就快多了。

虚拟内存的管理策略也很智能，操作系统会尽量让程序活跃的数据留在物理内存里，它会使用类似“最近最少使用”这样的算法来判断哪些数据是“冷”的、可以换出的，而哪些是“热”的、必须留在物理内存里的，当你看到系统监控里“Swap”被使用了，就意味着物理内存真的不够用了，系统开始频繁地在慢速的硬盘和内存之间倒腾数据,这时你就会明显感觉到电脑变卡了。

所以总结一下，Linux的虚拟内存就是一个通过“欺骗”应用程序，为它们提供一个统一、安全、远大于物理内存的地址空间的复杂但精妙的系统，它通过硬件MMU进行地址翻译，通过映射表隔离进程，并巧妙地利用硬盘空间来扩展内存容量，是现代操作系统的基石之一，它让多任务运行变得稳定、安全，也让小内存机器有机会运行大程序,尽管可能会牺牲一些速度。