什么是内存

详见：

Level 4：内存（主存）

什么是内存

为什么需要内存管理

可以将物理内存看作一个大数组，每个单元为1B（字节对齐）。数组的下标就是物理地址（Physical Address, PA）。通过物理地址可以访问物理内存单元。

内存上运行着很多进程。如果不做内存管理，直接通过物理地址使用物理内存，就会低效而不安全。

• 低效：每个进程使用的地址空间不统一、不连续。程序员需要手动布局每个变量在内存中的具体位置、考虑为每个进程分配多少空间、内存紧张时的回收。
• 不安全：无法隔离不同进程，如A进程可能意外访问或破坏了B进程的数据。

如果物理内存上只运行一个程序，还是有必要做内存管理。原因待补充。

如何管理内存

虚拟内存是什么、为什么要引进虚拟内存

为了高效而安全地使用内存，引入了虚拟内存。

虚拟内存是对物理内存的抽象。意思是每个进程具有自己的连续、统一的地址空间，因此能够高效而安全地使用内存。

• 高效：
  • 对于进程来说，地址空间是连续、统一的，因此便于编程。
  • 每个进程可以获得大于实际内存的虚拟地址空间。
• 安全：每个进程只能使用自己的地址空间，从而与其他进程隔离。

虚拟内存如何实现

操作系统负责将进程自己的地址空间映射到物理内存上，虚拟地址（Virtual Address, VA）就是进程自己地址空间上使用的地址。CPU中的内存管理单元（Memory Management Unit, MMU）负责将虚拟地址翻译成物理地址。

CPU通过MMU和TLB使用虚拟地址访问物理内存

用户编写程序时使用的是虚拟地址，所以CPU执行指令时，指令中的地址也是虚拟地址。CPU在取指、访存的时候，都先将虚拟地址发送给MMU，翻译成物理地址后再从物理内存上取指令或数据。