一、前置概念

实模式：直接操作物理内存。每次只能运行一个程序，不安全；最大使用内存1M，限制太大。
保护模式：虚拟地址被转换为物理地址，要有页表。

装载器：把指令和数据加载到内存运行。要满足两个条件：

• 1）可执行程序加载后占用内存空间应该是连续的。
• 2）我们需要同时加载很多个程序，并且不能让程序自己规定在内存中加载的位置。

那就是我们可以在内存里面，找到一段连续的内存空间，然后分配给装载的程序，然后把这段连续的内存空间地址，和整个程序指令里指定的内存地址做一个映射。

二、分段分页

分段分页都是操作系统发展过程中为了更好地使用内存资源。

2.1 直接映射（为物理地址）

问题：

• 1）进程地址空间不隔离。不小心程序数据被修改，导致运行异常。
• 2）内存使用效率低。内存碎片需将运行数据暂时拷贝到硬盘，再重装入内存，效率十分低下。

解决方法： 增加中间层，将虚拟地址映射为物理内存地址。

2.2 分段含义、优劣

段： 系统分配出来的连续内存空间。
分段： 找出连续物理内存和虚拟内存地址映射的方法。
优劣： 解决了程序本身不需要关系具体物理内存的问题，同时带来内存碎片的问题。

补充：
优：没内部碎片、重定位段比整个地址空间更容易；
劣：有外部碎片、很难将连续内存分配给可变大小分区、昂贵的内存管理算法。
内存交换：可解决内存不连续的问题，将内存写到硬盘，重新加载，让剩下的内存空间连续。
		 Linux的swap分区就是作用。但硬盘访问速度太慢，会有性能瓶颈，机器可能出现卡顿。

段表存储在线性地址空间，而页表则保存在物理地址空间。

2.3 分页

页： 切成的连续且尺寸固定的内存空间。
分页： 分段导致内存碎片和交换空间太大，为了让交换写入的数据更少，出现了内存分页。

• 和分段相比，分页把（虚拟/物理）整块内存切成一段段固定尺寸的大小内存存储单元。

缺页错误： 操作系统读取特定页，发泄数据没加载到物理内存（缓存未命中），就会触发CPU Page Fault。

三、虚拟地址和物理地址

3.1 含义

虚拟内存地址（Virtual Memory Address）：指令里用到的内存地址。
定义的虚拟地址空间是连续，使程序编写难度降低。因为每个进程都提供了一个一致的、私有的、连续完整的地址空间，让每个进程都产生了一种自己在独享主存的错觉。
物理内存地址（Physical Memory Address）：实际内存硬件里面的空间地址，它是真实的物理地址

3.2 地址转换

内存管理单元 - MMU（Memory Management Unit）：将虚拟地址转换为物理地址，借助存放在内存中的页表动态翻译虚拟地址。
页表：将虚拟内存地址映射到物理内存地址的映射表，能将虚拟内存里的页一一映射到物理内存里面。
地址变换高速缓冲/快表 - TLB（Translation lookaside buffer）：存储当前最可能被访问到的页表项，是部分页表项的一个副本，减少了因MMU导致的处理器性能下降。

页号（Directory）和偏移量（Offset） 可用来计算内存地址转换，步骤：

• S1：把虚拟内存地址切分成页号和偏移量的组合；
• S2：从页表里，查询出虚拟页号对应物理页号；
• S3：拿物理页号+偏移量，就得到了物理内存地址。

多级页表：

• 问题：数字范围：