概述
作用
- 将主存看成是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，通过这种方式高效地使用了主存
- 为每个进程提供了一致的地址空间，从而简化了内存管理
- 保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。
寻址
虚拟内存
术语
- VM系统通过将虚拟内存分割为称为虚拟页（VirtualPage，VP）的大小固定的块来处理这个问题。每个虚拟页的大小为P=2p字节
- 类似地，物理内存被分割为物理页（PhysicalPage，PP），大小也为P字节，物理页也被称为页帧(pageframe)
- SRAM缓存：位于CPU和主存之间的LI、L2和L3高速缓存，
- DRAM缓存：虚拟内存系统的缓存，在主存中缓存虚拟页。
页表
页表是**页表条目(PTE)**的数组，将虚拟页映射到物理页
缺页
MMU触发缺页中断/异常
下面是缺页异常子程序的一般执行流程：
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捕获缺页异常：当程序访问的页面不在物理内存中时，处理器会产生缺页异常，并将控制权转移给操作系统。
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保存上下文：操作系统会保存当前程序的上下文信息，包括寄存器状态、程序计数器等。
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查找页面：操作系统根据缺失的页面地址查找相应的页面是否在辅存中。
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加载页面：如果页面不在物理内存中，则操作系统需要将页面从辅存加载到物理内存中的空闲页面中。
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更新页表：操作系统更新页表，将缺失的页面与物理内存中的对应页面建立映射关系。
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恢复上下文：操作系统恢复保存的上下文信息，将控制权返回给引发缺页异常的程序。
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重新执行指令：一旦页面被加载到物理内存中，并且页表更新完成，程序可以继续执行引发缺页异常的指令。
地址翻译
翻译流程
（1） 处理器将虚拟地址发送给MMU
（2）（3）MMU利用虚拟地址对应的虚拟页号生成PTEA，并从页表中找到对应的PTE
（4） PTE中的有效位为0，MMU触发缺页异常
（5） 缺页处理程序选择物理内存中的性页（若页面被修改，则换出到磁盘）
（6） 缺页处理程序调入新的页面到内存，并更新PTE
（7） 缺页处理程序返回到原来进程，再次执行导致缺页的指令
TLB（翻译后备缓冲器）
多级页表
翻译实例
前提假设
有一个TLB和L1 d-cache的小系统，假设如下：
内存按字节寻址
内存访问针对1字节的字
虚拟地址14位长（n=14）
物理地址12位长（m=12）
页面大小64字节（P=64）
TLB四路组相联，共有16个条目
L1 d-cache物理寻址、直接映射，行大小为4字节，共有16个组
CPU执行指令为 读地址0x03d4
位数分析
页偏移为6位，即VPO、PPO为相同的6位
进而，VPN为 14 - 6 = 8 位，PTE有 28 = 256 个
PPN为 12 - 6 = 6 位
四路组相联，即TLBI为2位，因此TLBT为 14-6-2=6 位
16个条目，即理论可以容纳 28 = 256 个PTE，但实际只用到16个
行大小为4字节，即CO为2位
共有16个组，即CI为4位
进而，CT为 12(物理地址长度)-2-4=6 位
填入地址
因此，TLBT=0x03，TLBI=0x03，VPN=0x0f
因此，PPN=0x0D，6位二进制为001101，结合PPO的6位二进制为01 0100
TLB命中，不必看“图b)页表”，虽然0x0f对应的也是0D和有效位1
因此，CT=0x0D，CI=5，CO=0，并且有效位是1
最后，MMU将物理地址0x36传给CPU
Intel Core i7
Linux虚拟内存系统
内存映射
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-在文件操作中，内存映射允许将文件的内容映射到进程的虚拟内存空间，从而可以直接通过内存访问文件的内容，而不需要使用read()和write()等系统调用来读写文件。这样可以简化文件的访问过程，并且能够提高文件的读写性能。
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共享内存是一种用于进程间通信的机制，通过内存映射，多个进程可以将同一块内存映射到它们各自的地址空间中，从而实现共享数据的读写。这样，进程间可以直接通过内存读写进行通信，而无需使用其他的进程间通信机制。
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匿名内存映射是一种用于动态分配内存的方式，通过映射一个没有关联文件的内存区域，进程可以在需要的时候动态分配内存。这种内存映射不会持久化到存储设备，只存在于进程的虚拟内存中，当进程结束时会自动释放。
匿名文件（内核创建的、全是二进制0）
void *mmap(void *start, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
prot为访问权限位：读、写、执行、不能被访问
flag描述被映射对象类型：匿名对象、私有对象（写时复制）、共享对象
在使用完映射区域后，可以通过munmap()函数来解除内存映射，释放相关资源。