感覺這個內存管理的知識點還真的需要專門的去理解一下，今天我們一起來學習學習。要求

1.不涉及linux內核的匯編知識，僅C語言層面解析

1.回答：匯編主要處理的是寄存器地址（包括內容）的計算，進行一部分的地址轉換工作（當然，它是重要的）；C語言處理了極大部分的系統(tǒng)內存管理工作。

2.虛擬地址、線性地址、物理地址三者映射關系

回答：

1.虛擬地址：程序員（在縮小范圍估計是：應用程序員）直接看到的

2.線性地址：操作系統(tǒng)控制

3.物理地址：CPU內存地址（或者外部內存）

3.總結一點：虛擬地址通過段管理機制首先變換成一種中間地址形式--cpu32位的線性地址，然后使用分頁管理機制將此地址映射到物理地址。

例子解析：

一個變量定義在一個進程里面，在程序中使用&操作符獲取的地址（估計是偏移地址），將怎么映射呢？（或者它是什么地址，在進程中的位置如何）

1. 回答：因為，程序使用的都是虛擬地址，所以程序員拿到的變量地址是虛擬地址（它是經(jīng)過編譯器處理過的，并由系統(tǒng)指映射線性地址，分配物理內存的）。

2. 同時，一個變量的地址（虛擬地址）是不會改變的（只要程序代碼不改變，或者不在編譯），但是，改變運行（不同的時間，相隔一段時間在運行的話），物理地址是會改變的。正是因為操作系統(tǒng)的內存管理作用（線性地址映射到物理地址，是一個動態(tài)的過程）。

malloc函數(shù)從調用、分配到返回的過程是？

1. 回答：函數(shù)調用系統(tǒng)函數(shù)，系統(tǒng)函數(shù)進入了內核態(tài)，引起中斷（或其他，異常處理等工作），操作系統(tǒng)得知需要額外的增長空間以提供使用，所以使用分頁機制來映射到可以使用的物理地址（沒有有用數(shù)據(jù)，或不被映射），從而使得虛擬地址有了真實的物理地址映射管理，可以正常使用了。

2. malloc實際上，并不是用戶調用malloc后馬上對物理地址與虛擬地址之間進行映射，只有在用戶對申請的內存空間進行讀寫異常操作才會發(fā)生映射。（具體看《注釋》的13.1.6需求加載機制），總結一句：在實際需要時才加載執(zhí)行文件中頁面的方式。

頁表和頁目錄表存放位置（所處的系統(tǒng)空間）是？

1. 回答：系統(tǒng)初始化過程中，主動往物理內存填寫頁表信息。這就是我們操作系統(tǒng)需要做的事情，填寫和修改表的程序代碼的編寫。

線性地址轉物理地址是誰來做呢？

1. 回答：設置好頁表信息后，CPU每次訪問內存都通過MMU來查表并轉換出物理地址。是硬件自動操作。

所謂的內存（物理內存，或物理地址，或物理空間）是指？

1. 回答：就是內存，RAM（rw），而磁盤（或者是其他的硬盤性質的存儲介質）是作為程序或數(shù)據(jù)存儲的空間，它并不參與到與CPU的指令（數(shù)據(jù)）傳輸，而是先將它自己的數(shù)據(jù)放到內存（也就是RAM，物理內存里面），再由內存和CPU之間處理。

只是作為一個例子，讓我們假定您的程序正在訪問地址為 629 的內存。不過，虛擬內存系統(tǒng)不需要將其存儲在位置為 629 的 RAM 中。實際上，它甚至可以不在 RAM 中 —— 如果物理 RAM 已經(jīng)滿了，它甚至可能已經(jīng)被轉移到硬盤上！由于這類地址不必反映內存所在的物理位置，所以它們被稱為虛擬內存。操作系統(tǒng)維持著一個虛擬地址到物理地址的轉換的表，以便計算機硬件可以正確地響應地址請求。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)學習請加企鵝意義氣嗚嗚吧久零就易，并且，如果地址在硬盤上而不是在 RAM 中，那么操作系統(tǒng)將暫時停止您的進程，將其他內存轉存到硬盤中，從硬盤上加載被請求的內存， 然后再重新啟動您的進程。這樣，每個進程都獲得了自己可以使用的地址空間，可以訪問比您物理上安裝的內存更多的內存。

一個進程被創(chuàng)建，linux系統(tǒng)肯定是分配給他一個0的虛擬地址？

回答：對的，每個進程空間的0x00虛擬地址開始的線性區(qū)都會被映射到一個用戶態(tài)沒有權限訪問的頁上，通過這樣的映射，內核可以保證沒有別的頁會映射到這個區(qū)域。

如同IBM：內存管理的內幕提及到的，malloc內部的系統(tǒng)調用函數(shù)，也就是實現(xiàn)malloc的內部算法

1. 在mallo從內部使用映射函數(shù)（系統(tǒng)調用），brk()和mmap()：鏈接1

為什么進程創(chuàng)建后，子進程會繼承父進程的一部分信息呢？

1. 回答：子進程實際上的父進程的一個拷貝，共同擁有相同的物理頁面，為了節(jié)約空間，子進程以只讀方式共享父進程的物理頁面（同時父進程也把它自己設置為只讀方式），任意一方進行寫操作，就會出現(xiàn)異常（之后就是內核處理異常）。總結一句：這樣可以避免不必要的內存頁面復制的開銷。

對CPU的內存管理（MMU）和linux系統(tǒng)的內存管理兩者的理解：

上面的一段話，其實是告訴我們：在CPU提供MMU的情況下（也就是分段、分頁機制），首先是分段機制做第一步的虛擬地址到線性地址轉換，然后由操作系統(tǒng)實現(xiàn)（這就是意味著linux系統(tǒng)會有大量的內存管理代碼的實現(xiàn)方法）分頁機制（同時選擇CPU某一引腳來決定是否采用分頁機制），直到進程的虛擬地址映射到可用的物理地址上面。

這意味著，從虛擬地址到物理地址的轉換情況如下：

至于虛擬內存的哪個頁面映射到物理內存的哪個頁幀，這是通過頁表（Page Table）來描述的，頁表保存在物理內存中，MMU會查找頁表來確定一個虛擬地址應該映射到什么物理地址。總結一下這個過程：

1. 在操作系統(tǒng)初始化或者分配、釋放內存時，會執(zhí)行一些指令在物理內存中填寫頁表，然后用指令設置MMU，告訴MMU頁表在物理內存中的什么位置。

2. 設置好之后， CPU每次執(zhí)行訪問內存的指令都會自動引發(fā)MMU做查表和地址轉換的操作，地址轉換操作完全由硬件完成，不需要用指令控制MMU去做。

MMU除了提供地址轉換機制之外，還提供內存保護機制，解析如下：

1. 用戶模式和特權（也就是內核）模式的區(qū)分

2. 設置每個內存頁面的訪問權限（讀、寫、執(zhí)行）

1. 注意：物理內存本身是不限制訪問的，正是MMU的內存保護機制的作用

具體的處理過程如下：

這樣設定好之后，當CPU要訪問一個VA時， MMU會檢查CPU當前處于用戶模式還是特權模式，訪問內存的目的是讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)還是取指令，如果和操作系統(tǒng)設定的頁面權限相符，就允許訪問，把它轉換成PA，否則不允許訪問，產(chǎn)生一個異常（Exception）。