大部分截图来自原书，贴出书的官方主页： 《Operating Systems: Three Easy Pieces》 (作者Remzi H. Arpaci-Dusseau and Andrea C. Arpaci-Dusseau)。感谢原作者这么好的书。 本篇笔记是书的第一部分(Virtualization)的下半部分，讲述了操作系统是怎么通过地址空间的抽象，将内存资源进行虚拟化的。 第一节 地址空间 1.1 内存虚拟化 多进程OS的资源共享策略 本书上半部分讲了CPU的共享策略：通过进程(process)这个抽象，OS将时间片分给进程。 对于内存资源的共享：为了让昂贵的计算机能够支持多个程序同时运行，如果在切换某个进程时将内存数据从磁盘换入（进程共享磁盘，内存和寄存器都不共享），由于磁盘IO太慢，不现实。所以现在的系统，都是将相对较快的寄存器换入换出 ，所有进程数据共享内存资源（ 寄存器不共享，内存共享 ）。为了实现这种想法，并更好地管理内存， 地址空间(Address Space) 的抽象被引入（如下图），相对为每个程序固定分配一定大小的内存空间更灵活，用地址空间进行管理更加灵活。 地址空间在 结构 上主要分为Code、Heap和Stack，Code部分用来存程序运行的代码，Heap是用户程序动态分配内存(malloc/free)所使用空间，Stack是变量使用的空间。除非程序递归很多，一般Stack都是够用的；如果程序视图访问非法地址，可能出现Segmentation fault的错误。 每个进程都会有一个自己地址空间，且每个进程都认为自己的地址空间是从0开始的，并且地址空间的地址也不必和物理地址相等，甚至地址空间的总大小可以大于物理内存大小，这就体现了一种 内存虚拟化 的概念，OS的内存管理系统也可以称为 虚拟内存系统(virtual memory system, VM) 。因此，我们编写的程序中，所有我们可以得到的地址也都是虚拟地址，并非物理地址。 VM系统设计的三个目标：透明(transparency)、高效(efficency) 和 保护(protection) 。其中保护即隔离(isolation)，进程间的地址空间需要隔离，进程和OS间也需要隔离，（甚至在有些微内核操作系统中，OS的一部分和OS的另一部分也进行了隔离），这样可以保证安全性。 1.2. memory API 对于用户程序，Stack中的变量是自动管理的，比如用int声明一个整数变量，而Heap中的内存是由程序（程序员）负责的，什么时候malloc/free都要程序员进行考虑，所以要格外小心一些常见的malloc错误，比如忘记分配内存、分配的不够导致buffer overflow、忘记初始化所分配内存内容、忘记free等。 purify 和 valgrind 这两个工具可以协助检测内存分配的问题。 1.3. malloc、free和mmap的关系** 要注意 […]