操作系统内存管理
虚拟内存
虚拟内存的作用
- 每个进程所使用的虚拟地址空间都是一样的，比如 0x0000 ~ 0xffff，但他们的虚拟地址会被映射到主存上的不同区域。从程序的角度来看，它觉得自己独享了一整块内存。不用考虑访问冲突的问题。
- 可以使得进程的运行内存超过物理内存大小，因为程序运行符合局部性原理，CPU访问内存会有很明显的重复访问的倾向性，对于那些没有被经常使用到的内存，我们可以把它换出到物理内存之外，比如硬盘上的 swap 区域。
虚拟地址翻译
虚拟内存的实现方式，大多数都是通过页表来实现的。操作系统虚拟内存空间分成一页一页的来管理，每页的大小为 4K。页表被操作系统放在物理内存的指定位置，CPU 上有个 Memory Management Unit（MMU） 单元，CPU 把虚拟地址给 MMU，MMU 去物理内存中查询页表，得到实际的物理地址
为了解决简单分页产生的页表过大的问题，就有了多级页表，它解决了空间上的问题，但这就会导致CPU在寻址的过程中，需要有很多层表参与，加大了时间上的开销。于是根据程序的局部性原理，在CPU芯片中加入了TLB，负责缓存最近常被访问的页表项，大大提高了地址的转换速度。
Linux内存布局
- 栈段，包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的，一般是8 MB
- 文件映射段，包括动态库、共享内存等;
- 堆段，包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长;
- BSS段，包括未初始化的静态变量和全局变量；
- 数据段，包括已初始化的静态常量和全局变量;
- 代码段，包括二进制可执行代码;
- 进程在用户态时，只能访问用户空间内存;
- 只有进入内核态后，才可以访问内核空间的内存;
虽然每个进程都各自有独立的虚拟内存，但是每个虚拟内存中的内核地址，其实关联的都是相同的物理内存。这样，进程切换到内核态后，就可以很方便地访问内核空间内存。
栈空间是通过压栈出栈方式自动分配释放的，由系统管理，使用起来高效无感知。
堆空间是用以动态分配的，由程序自己管理分配和释放。Go 语言虽然可以帮我们自动管理分配和释放，但是代价也是很高的。
总结
- 虚拟内存本质上是将磁盘当成最终存储，而主存作为了一个 cache
- 局部性好的程序，可以提高缓存命中率，这对底层系统的内存管理是很友好的
- 整个计算机体系里面，缓存是无处不在的，整个计算机体系就是建立在一级级的缓存之上的
发散思考
- 手机内存拓展（内存融合）技术、windows虚拟内存技术 本质就是把虚拟内存技术的应用，把虚拟地址映射到磁盘上，以此扩充内存空间，但是磁盘的速度比内存慢得多，在内存充足的情况下反而可能会拖慢性能表现。
- 游戏服务器ECS(Entity Component System)架构，充分利用局部性原理，提高效率。