虛擬內(nèi)存能幫助我們加載更多的數(shù)據(jù)到內(nèi)存當(dāng)中，在現(xiàn)今，虛擬內(nèi)存已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)。為增進(jìn)大家對(duì)虛擬內(nèi)存的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)虛擬內(nèi)存的類(lèi)型、虛擬內(nèi)存的好處予以介紹。如果你對(duì)虛擬內(nèi)存具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、虛擬內(nèi)存的類(lèi)型

計(jì)算機(jī)的 MMU 管理虛擬內(nèi)存操作。在大多數(shù)計(jì)算機(jī)中，MMU 硬件集成到中央處理單元 (CPU) 中。CPU 還生成虛擬地址空間。一般來(lái)說(shuō)，虛擬內(nèi)存要么是分頁(yè)的，要么是分段的。

分頁(yè)將內(nèi)存劃分為多個(gè)部分或分頁(yè)文件。當(dāng)計(jì)算機(jī)用完其可用 RAM 時(shí)，未使用的頁(yè)面將使用交換文件傳輸?shù)接脖P(pán)驅(qū)動(dòng)器。交換文件是硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上留出的空間，用作計(jì)算機(jī) RAM 的虛擬內(nèi)存擴(kuò)展。當(dāng)需要交換文件時(shí)，它會(huì)使用稱(chēng)為頁(yè)面交換的過(guò)程發(fā)送回 RAM。該系統(tǒng)確保計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序不會(huì)耗盡實(shí)內(nèi)存。頁(yè)面文件的最大大小可以是計(jì)算機(jī)物理內(nèi)存的 1 ? 到四倍。

虛擬內(nèi)存分頁(yè)過(guò)程使用頁(yè)表，將操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序使用的虛擬地址轉(zhuǎn)換為 MMU 使用的物理地址。頁(yè)表中的條目指示該頁(yè)是否在 RAM 中。如果操作系統(tǒng)或程序在 RAM 中找不到所需的內(nèi)容，則 MMU 會(huì)通過(guò)頁(yè)面錯(cuò)誤異常來(lái)響應(yīng)丟失的內(nèi)存引用，以使操作系統(tǒng)在需要時(shí)將頁(yè)面移回內(nèi)存。一旦頁(yè)面進(jìn)入 RAM，其虛擬地址就會(huì)出現(xiàn)在頁(yè)表中。

分段還用于管理虛擬內(nèi)存。這種方法將虛擬內(nèi)存劃分為不同長(zhǎng)度的段。內(nèi)存中未使用的段可以移動(dòng)到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的虛擬內(nèi)存空間。分段信息或進(jìn)程在段表中進(jìn)行跟蹤，該表顯示內(nèi)存中是否存在段、是否已被修改以及其物理地址是什么。此外，分段中的文件系統(tǒng)僅由映射到進(jìn)程的潛在地址空間的段組成。

分段和分頁(yè)作為內(nèi)存模型的不同之處在于內(nèi)存的劃分方式;然而，這些過(guò)程也可以組合。在這種情況下，內(nèi)存被分為幀或頁(yè)。段占用多個(gè)頁(yè)，虛擬地址包括段號(hào)和頁(yè)號(hào)。

其他頁(yè)面替換方法包括先進(jìn)先出(FIFO)、最優(yōu)算法和最近最少使用( LRU )頁(yè)面替換。FIFO 方法讓內(nèi)存選擇替換在虛擬地址中停留時(shí)間最長(zhǎng)的頁(yè)面。最優(yōu)算法方法根據(jù)最長(zhǎng)時(shí)間后不太可能被替換的頁(yè)面來(lái)選擇頁(yè)面替換;盡管實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難，但這會(huì)減少頁(yè)面錯(cuò)誤。LRU頁(yè)面替換方法替換主存中最長(zhǎng)時(shí)間未被使用的頁(yè)面。

二、虛擬內(nèi)存好處

1、進(jìn)程間共享物理內(nèi)存

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們常遇到不同程序需要打開(kāi)同一文件的情況，例如同時(shí)用 node app.js 運(yùn)行程序，又用 VSCode 編輯 app.js。這時(shí)，操作系統(tǒng)只需加載一次 app.js，并將兩個(gè)進(jìn)程中對(duì) app.js 的虛擬地址映射到相同的物理內(nèi)存區(qū)域，實(shí)現(xiàn)資源共享。

除了文件之外，很多程序會(huì)共同使用一些常用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，如 Mac 系統(tǒng)下的 ls、cat 等命令都需要 libSystem.B.dylib。系統(tǒng)會(huì)在內(nèi)存充足的情況下持續(xù)保留這類(lèi)常用庫(kù)在內(nèi)存中，方便后續(xù)進(jìn)程快速地調(diào)用。

2、按需加載

在有虛擬內(nèi)存之前，要執(zhí)行一個(gè)程序往往需要把整個(gè)程序加載進(jìn)內(nèi)存。

但仔細(xì)想一想， 每個(gè)程序都有很多地方根本不太會(huì)被執(zhí)行到 ：比如說(shuō)有些代碼的功能是在程序崩潰之時(shí)把 stack trace 印出來(lái)、有些則是在服務(wù)異常時(shí)發(fā)送 slack 通知給開(kāi)發(fā)人員。 如果這些例外狀況極少發(fā)生，那把整個(gè)程序都加載內(nèi)存內(nèi)顯然不是個(gè)好主意。

系統(tǒng)只會(huì)把當(dāng)前馬上要用到的部分加載至物理內(nèi)存，而那些不太可能被執(zhí)行到的部分(比如異常處理函數(shù)或極少使用的代碼)則暫時(shí)不用加載。這種按需加載的方式被稱(chēng)為懶加載，可減少程序啟動(dòng)等待時(shí)間，并避免少數(shù)大型程序占用大量?jī)?nèi)存。

3、交換(Swapping)

當(dāng)所需內(nèi)存過(guò)大以至于物理內(nèi)存不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)采取交換機(jī)制，即將曾經(jīng)使用過(guò)但短期內(nèi)可能不再需要的內(nèi)存內(nèi)容臨時(shí)移出到硬盤(pán)上。例如，程序啟動(dòng)初期執(zhí)行過(guò)的init()函數(shù)或偶爾才調(diào)用的error_handler()函數(shù)，在內(nèi)存緊張時(shí)會(huì)被換出到硬盤(pán)，需要時(shí)再載入。

比如說(shuō)程序剛啟動(dòng)時(shí)要跑的 init() 、偶爾才跑一次的 error_handler() ， 他們都曾經(jīng)被執(zhí)行過(guò)所以一定有被加載內(nèi)存 。但如果可用的內(nèi)存快沒(méi)了，系統(tǒng)就會(huì)把他們 swap 出去(沒(méi)用的東西都給我滾)，哪天需要時(shí)再?gòu)挠脖P(pán)拿回來(lái)就好

有了 swapping 機(jī)制后雖然可以增進(jìn)內(nèi)存的使用效率，而且內(nèi)存絕對(duì)不會(huì)不夠用(說(shuō)穿了就是拿硬盤(pán)當(dāng)擴(kuò)充內(nèi)存)，雖然交換機(jī)制可以有效擴(kuò)大內(nèi)存利用率，但如果頻繁進(jìn)行交換操作，由于硬盤(pán)速度遠(yuǎn)低于內(nèi)存，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能顯著降低。

那怎么知道系統(tǒng)用了多少 Swap 呢?看 htop 就可以了。我的 htop 打開(kāi)后會(huì)看到 Swp 是 0/1023MB，意思是系統(tǒng)沒(méi)有把任何內(nèi)存 swap 到硬盤(pán)上(因?yàn)槲业?Mem 還夠用)，但如果需要的話(huà)最多可以把 1023MB 的內(nèi)存 swap 出去，等需要時(shí)再拿回來(lái)就好

如果沒(méi)有裝 htop 的話(huà)，top 最上面也有 swap in 跟 swap out 可以看目前用了多少 swap 哦～

那知道 Swap 使用量可以做什么呢?剛剛有提到說(shuō)頻繁的做 swapping 會(huì)導(dǎo)致性能變差，因此如果常常覺(jué)得電腦、主機(jī)慢到炸裂，開(kāi)個(gè)瀏覽器一分鐘才跳出來(lái)，而且剛好 Swap 的使用量又很高，那就很有可能是內(nèi)存不足，快幫你的機(jī)器升級(jí)吧～

以上便是此次帶來(lái)的虛擬內(nèi)存相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)虛擬內(nèi)存已經(jīng)具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!