虚拟内存，映射，分页机制

这是我找到的关于虚拟内存和分页机制的我个人比较容易理解的一篇文章。

虚拟存储器的思想是程序、数据和堆栈的大小都有可能超过物理内存大小，由操作系统把当前使用的放在内存，而不需要的放在磁盘。 

        而绝大部分操作系统使用的虚拟存储器技术就是分页技术。 
        在虚拟存储器中，程序所产生的地址为虚拟地址，虚拟地址构成了虚拟地址空间。（当然了在没有虚拟存储器的系统上，程序产生的地址就是物理地址。其实程序并不知道，只是操作系统和处理器知道。下面都是按照使用虚拟存储器的系统来说）这些虚拟地址通过MMU（内存管理单元）映射为物理地址。 
        采用分页机制的系统，虚拟地址空间以页面为单位进行划分，虚拟地址空间会被划分成多个等大小的页面。物理地址空间也按页面为单位进行划分每一块成为页帧，或者页框。每一虚拟页面可以随意对应到物理页框，也可以对应到磁盘的页面文件的上。 
        我们按照IA32的分页机制来说，标准页面大小为4K。 
        例如一条mov指令：mov   eax,[0]; 
        此时虚拟地址0将被发给MMU，MMU发现0属于页面0的范围内，如果页面0对应的页框号为1，那么物理地址在物理地址4096-8191范围，此时就会将4096发送到地址总线上。因为虚拟地址0的页内偏移也是0（页内偏移：在页面里的位置，比如1，的页面偏移是1，4097的页面偏移也是1，这是因为一个页面大小为4K，用虚拟地址   mod   4k就得到了页内偏移）。 
        就类似mov   eax,[4095];mov   eax,[4096],4095属于页面0，页面0对应页框1，那么物理地址为8191，而4096属于页面1的范围，如果页面1对应页框0，此时的物理地址就是0。 
        由上面可以看出，虚拟地址空间是连续的，而物理空间是可以不连续的。也就是说一个程序只要保证他的虚拟地址空间是连续的，它就可以正常运行。 
        上面说的是虚拟地址到物理地址的映射的简单情况。可是如何记录这些页面到页框的映射关系呢？(当然也有些处理器系统是页框到页面的转化)。在IA处理器上使用的是页表，就是在物理内存里有一块连续的空间，来记录这些页面到页框的映射关系。每一个页表项里都有一部分去指向页框的起始地址，还有部分记录了这个页面的属性。可以通过页面号来做索引。页面号就是虚拟地址   /   4K，得到的整数部分。 
        当然如果只是单一的页表，也是有问题的，如果虚拟地址空间过大，那么页表所占的空间也会很大，这时候可以采用多级页表。IA32在采用4K页面的时候就使用了2级页表，IA64使用了4级。 
        其实两级也很简单，最上一级就是一个总的目录指示每一个二级页表的起始物理地址，可以在页号的高几位来索引页目录项。例如IA32就是通过虚拟地址的高10位来索引页目录项，然后中间10位来索引页表项。 
        这样，我们就可以只将用到的虚拟地址空间的页表写入内存，而没有用到的虚拟地址空间的页表就不写入。

        例如，我们正好是只用了虚拟地址0-0x3FFFFF，那么我们可以在页目录第0项指向一个页表，这个页表就只表示了虚拟地址地址0-0x3FFFFF到物理地址空间的映射关系(因为高10位为页目录索引，页目录第0项，就表示了虚拟地址高10位必为0，也就是说只有低24位有效，所以最大只能到0x3FFFFF)。 

虚拟内存的实现方法-------摘自《加密与解密》

1.当一个应用程序被启动时，操作系统就创建一个新进程，并给每个进程分配2gb的内存地址（不是内存只是地址）。

2.虚拟内存管理器将应用程序的代码映射到那个程序的虚拟地址中得某个位置，并把当前所需的代码读取到物理地址中。

3.如果使用动态链接库DLL，DLL也被映射到进程的虚拟地址空间，在需要的时候才被读入物理地址。

4.其他项目（如数据，堆栈）的空间是从物理地址中分配的，并被映射到虚拟地址空间中。

5.应用程序通过使用它的虚拟地址空间中的地址开始执行，然后虚拟内存管理器把每次的内存访问映射到物理位置。