虚拟内存是一种操作系统提供的技术,它通过将物理内存和磁盘空间结合起来,为应用程序提供了一个抽象的、连续的地址空间。其原理如下:
地址映射:虚拟内存将应用程序使用的连续地址空间划分为固定大小的页(通常为4KB)。每个页被分配一个虚拟页号。操作系统通过页表来进行虚拟地址到物理地址的映射。页表中记录了每个虚拟页号与对应的物理页框号之间的映射关系。
虚拟页到物理页的映射:当应用程序访问一个虚拟地址时,操作系统根据页表查找对应的物理页框号。如果该物理页框已经在内存中,则直接进行访问。如果物理页框不在内存中,就会发生缺页异常。
缺页异常处理:当应用程序访问的虚拟页不在内存中时,会触发缺页异常。操作系统负责处理这个异常,通常会选择一个物理页框来替换,并将磁盘上的相应页面加载到物理内存中。缺页异常处理包括页面置换算法、磁盘I/O等步骤。常见的页面置换算法有最近最久未使用(LRU)、先进先出(FIFO)等。
页面置换策略:当内存中的物理页框不足时,操作系统需要选择某些物理页框来替换,为新的虚拟页腾出空间。页面置换策略的目标是尽量减少页面置换带来的性能损失。常见的页面置换策略有LRU、FIFO、最不经常使用(LFU)等。
通过虚拟内存技术,操作系统可以将应用程序所需的内存空间扩展到超出物理内存的大小,并且可以实现更高效的内存管理。它能够提供更大的地址空间和更灵活的内存分配,同时隐藏了磁盘访问的延迟,使得应用程序能够处理比物理内存更大的数据集。