《操作系统导论》之虚拟化内存

• 前言
• 一、访问内存的程序
• 二、运行单个程序
• 二、运行多个程序
• 总结

现现机器提供的物理内存（physical memory）模型非常简单。内存就是一个字节数组。要读取（read）内存，必须指定一个地址（address），才能访问存储在那里的数据。要写入（write）或更新（update）内存，还必须指定要写入给定地址的数据。
程序运行时，一直要访问内存。程序将所有数据结构保存在内存中，甚通过各种指令来访问它们，例如加载和保存，或利用其他明确的指令，在工作时访问内存。不要忘记，程序的每个指令都在内存中，因此每一读取指令都会访问内存。

#include  
#include  
#include  
#include "common.h" 

int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
	int *p = malloc(sizeof(int)); // a1 
	 assert(p != NULL); 
	printf("(%d) memory address of p: %08xn", getpid(), (unsigned) p); // a2 
	 *p = 0; // a3 
	 while (1) 
	 { 
		Spin(1); 
		 *p = *p + 1; 
		 printf("(%d) p: %dn", getpid(), *p); // a4 
	 } 
	 return 0; 
 }

该程序做了几件事。首先，它分配了一些内存（a1 行）。然后，打印出内存（a2）的地址，然后将数字 0 放入新分配的内存（a3）的第一个空位中。最后，程序循环，延迟一秒钟递增 p 中保存的地址值。在每个打印语句中，它还会打印出所谓的正在运行程序的进程标识符（PID）。该 PID 对每个运行进程是唯一的。

prompt> ./mem 
(2134) memory address of p: 00200000 
(2134) p: 1 
(2134) p: 2 
(2134) p: 3 
(2134) p: 4 
(2134) p: 5 
ˆC

prompt> ./mem &; ./mem & 
[1] 24113 
[2] 24114 
(24113) memory address of p: 00200000 
(24114) memory address of p: 00200000 
(24113) p: 1 
(24114) p: 1 
(24114) p: 2 
(24113) p: 2 
(24113) p: 3 
(24114) p: 3 
(24113) p: 4 
(24114) p: 4 

从示例中看到，每个正在运行的程序都在相同的地址（00200000）处分配了内存，但每个似乎都独立更新了 00200000 处的值！就好像每个正在运行的程序都有自己的私有内存，而不是与其他正在运行的程序共享相同的物理内存。

这正是操作系统虚拟化内存（virtualizing memory）时发生的情况。每个进程访问自己的私有虚拟地址空间（virtual address space）（有时称为地址空间，address space），操作系统以某种方式映射到机器的物理内存上。一个正在运行的程序中的内存引用不会影响其他进程（或操作系统本身）的地址空间。对于正在运行的程序，它完全拥有自己的物理内存。但实际情况是，物理内存是由操作系统管理的共享资源。