操作系统面试题：虚拟内存是什么，解决了什么问题，如何映射？
虚拟内存是什么？
- 虚拟内存别称虚拟存储器（Virtual Memory）。电脑中所运行的程序均需经由内存执行，若执行的程序占用内存很大或很多，则会导致内存消耗殆尽。为解决该问题，Windows中运用了虚拟内存技术，即匀出一部分硬盘空间来充当内存使用。
- 当内存耗尽时，电脑就会自动调用硬盘来充当内存，以缓解内存的紧张。若计算机运行程序或操作所需的随机存储器(RAM)不足时，则 Windows 会用虚拟存储器进行补偿。它将计算机的RAM和硬盘上的临时空间组合。
- 当RAM运行速率缓慢时，它便将数据从RAM移动到称为“分页文件”的空间中。将数据移入分页文件可释放RAM，以便完成工作。 一般而言，计算机的RAM容量越大，程序运行得越快。若计算机的速率由于RAM可用空间匮乏而减缓，则可尝试通过增加虚拟内存来进行补偿。但是，计算机从RAM读取数据的速率要比从硬盘读取数据的速率快，因而扩增RAM容量（可加内存条）是最佳选择。
虚拟内存解决什么问题？
内存在计算机中的作用很大，电脑中所有运行的程序都需要经过内存来执行，如果执行的程序很大或很多，就会导致内存消耗殆尽。为了解决这个问题，WINDOWS运用了虚拟内存技术，即拿出一部分硬盘空间来充当内存使用，这部分空间即称为虚拟内存，虚拟内存在硬盘上的存在形式就是 PAGEFILE.SYS这个页面文件。
虚拟内存地址如何映射物理地址
- 进程被创建时会建立一个 虚拟内从到物理内存的映射表--------页表，根据页表可以将虚拟内存和物理内存关联起来
内存映射要通过页表，首先我们思考为什么要进行分页处理？
- 答：当程序运行时，进程需要从内存中读出这段程序的代码。代码的位置必须在物理内存中才能被运行，由于操作系统中有非常多的程序运行着，内存中不可能够完全放下所有的物理页面，所以引出了虚拟内存的概念。
- 把哪些不常用的程序片断就放入虚拟内存，当需要用到它的时候在load入主存（物理内存）中。这个就是内存管理所要做的事。内存管理还有另外一件事需要做：计算程序片段在主存中的物理位置，以便CPU调度。这个调度就是利用内存分页，通过页表映射的。
Win32通过一个两层的表结构来实现地址映射：
- 第一层称为页目录，实际就是一个内存页，Win32的内存页有4KB大小，这个内存页以4个字节分为1024项，每一项称为“页目录项”(PDE)；
- 第二层称为页表，这一层共有1024个页表，页表结构与页目录相似，每个页表也都是一个内存页，这个内存页以4KB的大小被分为1024项，页表的每一项被称为页表项（PTE），易知共有1024×1024个页表项。每一个页表项对应一个物理内存中的某一个“内存页”，即共有1024×1024个物理内存页，每个物理内存页为4KB，这样就可以索引到4G大小的虚拟物理内存。
- 当然了，上面的假设的前提是此数据已在物理内存中。
- 当访问数据已经在物理内存中时，按照上面步骤进行地址映射，然后对数据进行访问。
- 如果当前数据不在物理页面的话就要抛出缺页中断，然后判断数据是否在页交换文件中？
- 如果不在则访问违例，程序将会退出，如果在，页表项会查出此数据页在哪个调页文件中，然后将此数据页调入物理内存，再继续进行地址映射。了实现每个进程拥有私有4G的虚拟地址空间，也就是说每个进程都拥有自己的页目录和页表结构，对不同进程而言，即使是相同的指针（虚拟地址）被不同的进程映射到的物理地址也是不同的，这也意味着在进程之间传递指针是没有意义的。
虚拟存储器执行过程
虚拟存储器是由硬件和操作系统自动实现存储信息调度和管理的。它的工作过程包括6个步骤：
- 中央处理器访问主存的逻辑地址分解成组号a和组内地址b，并对组号a进行地址变换，即将逻辑组号a作为索引，查地址变换表，以确定该组信息是否存放在主存内。
- 如该组号已在主存内，则转而执行④；如果该组号不在主存内，则检查主存中是否有空闲区，如果没有，便将某个暂时不用的组调出送往辅存，以便将这组信息调入主存。
- 从辅存读出所要的组，并送到主存空闲区，然后将那个空闲的物理组号a和逻辑组号a登录在地址变换表中。
- 从地址变换表读出与逻辑组号a对应的物理组号a。
- 从物理组号a和组内字节地址b得到物理地址。
- 根据物理地址从主存中存取必要的信息。
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