linux - 虚拟地址空间

Question

我已经开始了解虚拟地址空间 (VAS)，但我有几个问题:

根据架构(32 位和 64 位)为每个进程创建多少 VAS？

每个进程的VAS是在硬盘上创建的吗？如果是这样，如果没有足够的空间会发生什么？

VAS 和虚拟内存 (VM) 有什么区别？

Answer 1

虚拟地址与物理地址
在程序执行期间，变量(整数、数组、字符串等)存储在计算机主内存 ( RAM ) 中的某处。某些编程语言(如 C 或 C++)允许您获取存储给定变量的内存地址(使用 & 运算符)，并操作该地址(添加、减去、打印等) .
这是一个打印变量内存地址的 C 程序:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int variable = 1234;
    void *address = &variable;
    printf("Memory address of variable: %p\n", address);
    return 0;
}

输出:

Memory address of variable: 0x7ffc9e9662a4

现在，如果你在典型的台式计算机上编译并执行这个程序，使用典型的操作系统(如 GNU/Linux 或 Windows)，这个程序打印的内存地址不是数据 1234 实际所在的硬件地址位于 memory chip 。这可能令人惊讶，但在程序使用的地址和硬件地址之间存在一定程度的间接性。
64 位计算机上的虚拟地址空间
在 64 位计算机上，程序操作的内存地址是一个介于 0 和 18446744073709551615 之间的整数。这样的地址称为 虚拟 内存地址。这些地址的范围称为进程的 虚拟地址空间 。您可以要求操作系统 将 一系列虚拟内存地址映射到您计算机的物理内存，这样当您尝试在这些地址读取或写入字节时，您的程序不会因访问未映射的虚拟内存地址而崩溃.
通常，在 x86-64 计算机上，only 2⁴⁸ virtual memory addresses 可以成功映射到物理内存，因为 256 TiB 的可用虚拟地址空间被认为是足够的。将来，如果需要，处理器制造商可能会提高或取消此限制。
32 位计算机上的虚拟地址空间
在 32 位计算机上，有 232 个虚拟内存地址。在这些计算机上，程序操作的内存地址是一个介于 0 和 4294967295 之间的整数。
在 x86 32 位计算机上，通常对可以映射到物理内存地址的虚拟内存地址范围没有限制。
映射一系列虚拟内存地址
在 GNU/Linux 上，您可以通过调用函数 mmap() 来请求映射。在 Windows 上，您可以通过调用函数 VirtualAlloc() 来请求映射。这些函数将映射的大小作为参数，并返回现在由实际物理内存支持的第一个虚拟地址。如果物理内存已被其他进程完全使用，这些函数可能无法创建新映射。同样，如果您尝试访问(读取或写入)位于 mmap() 或 VirtualAlloc() 映射区域之外的虚拟内存地址的内容，操作系统将终止您的程序(通过发送段错误信号)。
在 GNU/Linux 上，进程可以通过读取文件 /proc/self/maps 来检查在其虚拟地址空间中创建的映射。通过阅读命令 cat /proc/self/maps 的输出，您可以学到很多东西。
硬盘驱动器
在典型的计算机上，主存是一个 semiconductor memory ，而 hard disk drive 只是一个辅助存储设备。
在典型的操作系统上，一系列虚拟内存地址只能映射到主内存(通常是半导体存储设备)。这样的范围不能直接映射到二级存储设备(通常是硬盘驱动器)而不使用主存作为中介。