Linux中怎么實現虛擬內存

這期內容當中小編將會給大家帶來有關Linux中怎么實現虛擬內存，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

　　Linux虛擬內存怎么實現

　　第一個例子：下面一段程序會打印出程序的pid(進程號)后掛起。

　　#include

　　#include

　　#include

　　intmain(){

　　printf("run`pmap%d`\n",getpid());

　　pause();

　　}

　　將上面代碼保存成文件mem_munch.c然后運行下面程序編譯并執行：

　　$gccmem_munch.c-omem_munch

　　$./mem_munch

　　run`pmap25681`

　　上面進程號是25681，可能你試驗的結果會不太一樣。

　　下面我們通過pmap命令來查看一下這個小程序的內存使用情況

　　$pmap25681

　　25681:./mem_munch

　　00000000004000004Kr-x--/home/user/mem_munch

　　00000000006000004Kr----/home/user/mem_munch

　　00000000006010004Krw---/home/user/mem_munch

　　00007fcf5af880001576Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fcf5b1120002044K-----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fcf5b31100016Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fcf5b3150004Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fcf5b31600024Krw---[anon]

　　00007fcf5b31c000132Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fcf5b51200012Krw---[anon]

　　00007fcf5b53900012Krw---[anon]

　　00007fcf5b53c0004Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fcf5b53d0008Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fff7efd8000132Krw---[stack]

　　00007fff7efff0004Kr-x--[anon]

　　ffffffffff6000004Kr-x--[anon]

　　total3984K

　　上面的結果是這個程序的內存使用情況，其實更確切的說是這個程序認為它使用內存的情況。從上面的結果我們能看到，當你訪問libc庫時，實際上是對內存地址00007fcf5af88000的訪問，當你訪問ld庫時，實際上是對內存地址00007fcf5b31c000的訪問。

　　上面的輸出可能還比較抽象，下面我們修改一下上面的程序，我們在程序的堆和棧上各放一塊數據。

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　intmain(){

　　inton_stack,*on_heap;

　　//局部變量是放在棧上的，所以on_stack的地址就是棧的初始地址

　　on_stack=42;

　　printf("stackaddress:%p\n",&on_stack);

　　//malloc的內存是在堆上分配的

　　on_heap=(int*)malloc(sizeof(int));

　　printf("heapaddress:%p\n",on_heap);

　　printf("run`pmap%d`\n",getpid());

　　pause();

　　}

　　編譯運行：

　　$./mem_munch

　　stackaddress:0x7fff497670bc

　　heapaddress:0x1b84010

　　run`pmap11972`

　　然后再用pmap命令查看一下內存使用：

　　$pmap11972

　　11972:./mem_munch

　　00000000004000004Kr-x--/home/user/mem_munch

　　00000000006000004Kr----/home/user/mem_munch

　　00000000006010004Krw---/home/user/mem_munch

　　0000000001b84000132Krw---[anon]

　　00007f3ec4d980001576Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007f3ec4f220002044K-----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007f3ec512100016Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007f3ec51250004Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007f3ec512600024Krw---[anon]

　　00007f3ec512c000132Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007f3ec532200012Krw---[anon]

　　00007f3ec534900012Krw---[anon]

　　00007f3ec534c0004Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007f3ec534d0008Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fff49747000132Krw---[stack]

　　00007fff497bb0004Kr-x--[anon]

　　ffffffffff6000004Kr-x--[anon]

　　total4116K

　　這次多出了上面紅色的一行內容，紅色內容就是堆的起始位置：

　　0000000001b84000132Krw---[anon]

　　在我們程序運行的輸出里也有一行紅色的輸出，這是這個地址在程序中的內存地址：

　　heapaddress:0x1b84010

　　這兩個地址基本上是一樣的，其中的anon是Anonymous的縮寫，表明這段內存是沒有文件映射的。

　　我們再看上面綠色的兩行，與上面相對應，這兩行分別是用pmap和應用程序看到的棧起始地址：

　　00007fff49747000132Krw---[stack]

　　stackaddress:0x7fff497670bc

　　上面說到的內存使用，都只是程序認為自己對內存的使用，實際上程序在分配內存是不知道系統內存的狀態的。所以上面的輸出都只是從程序自己的角度看到的內存使用狀況。比如在上面的例子中，我們看到程序的內存地址空間是從0×0000000000400000到0xffffffffff600000的所有地址(而0xffffffffff600000到0×00007fffffffffffffff之間的地址是有特殊用處的，這里不多講)。這樣算下來，我們總共可以使用的內存空間有1千萬TB。

　　但是實際上目前沒有硬件能有1千萬TB的物理內存。為什么操作系統會如此設計呢?原因有很多，可以看這里，但也正因此，我們可以使用遠遠超出物理內存大小的內存空間。

　　內存映射

　　內存映射的原理就是讓操作系統將一個文件映射到一段內存中，然后在操作這個文件內存就可以像操作內存一樣。比如我們創建一個完全內容隨機的文件，然后將它用內存映射的方式映射到一段內存空間中。那么我們在這段內存中隨便取一位就相當于取到了一個隨機數。下面就讓我們來做這個實驗，先用下面命令生成一個內容隨機的文件。

　　$ddif=/dev/urandombs=1024count=1000000of=/home/user/random

　　1000000+0recordsin

　　1000000+0recordsout

　　1024000000bytes(1.0GB)copied,123.293s,8.3MB/s

　　$ls-lhrandom

　　-rw-r--r--1useruser977M2011-08-2916:46random

　　然后我們用下面程序來將這個文件內容映射到內存，再從中取出隨機數

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　intmain(){

　　char*random_bytes;

　　FILE*f;

　　intoffset=0;

　　//open"random"forreading

　　f=fopen("/home/user/random","r");

　　if(!f){

　　perror("couldn'topenfile");

　　return-1;

　　}

　　//wewanttoinspectmemorybeforemappingthefile

　　printf("run`pmap%d`,thenpress",getpid());

　　getchar();

　　random_bytes=mmap(0,1000000000,PROT_READ,MAP_SHARED,fileno(f),0);

　　if(random_bytes==MAP_FAILED){

　　perror("errormappingthefile");

　　return-1;

　　}

　　while(1){

　　printf("randomnumber:%d(pressfornextnumber)",*(int*)(random_bytes+offset));

　　getchar();

　　offset+=4;

　　}

　　}

　　然后運行這個程序：

　　$./mem_munch

　　run`pmap12727`,thenpress

　　Linux虛擬內存怎么實現

　　下面我們通過一次次的按下回車鍵來從這個文件中讀取隨機數，按下幾次后我們可以再通過pmap來查看其內存空間的情況：

　　$pmap12727

　　12727:./mem_munch

　　00000000004000004Kr-x--/home/user/mem_munch

　　00000000006000004Kr----/home/user/mem_munch

　　00000000006010004Krw---/home/user/mem_munch

　　000000000147d000132Krw---[anon]

　　00007fe261c6f000976564Kr--s-/home/user/random

　　00007fe29d61c0001576Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fe29d7a60002044K-----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fe29d9a500016Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fe29d9a90004Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/libc-2.13.so

　　00007fe29d9aa00024Krw---[anon]

　　00007fe29d9b0000132Kr-x--/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fe29dba600012Krw---[anon]

　　00007fe29dbcc00016Krw---[anon]

　　00007fe29dbd00004Kr----/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007fe29dbd10008Krw---/lib/x86_64-linux-gnu/ld-2.13.so

　　00007ffff29b2000132Krw---[stack]

　　00007ffff29de0004Kr-x--[anon]

　　ffffffffff6000004Kr-x--[anon]

　　total980684K

　　上面的輸出和之前的大同小異，但是多出了上面紅色的一行。這是我們上面的隨機文件映射到內存中的內存。我們再使用pmap-x選項來查看一下程序的內存使用，會得到下面的內容，其中RSS(residentsetsize)列表示真實占用的內存。

　　pmap-x12727

　　12727:./mem_munch

　　AddressKbytesRSSDirtyModeMapping

　　0000000000400000040r-x--mem_munch

　　0000000000600000044r----mem_munch

　　0000000000601000044rw---mem_munch

　　000000000147d000044rw---[anon]

　　00007fe261c6f000040r--s-random

　　00007fe29d61c00002880r-x--libc-2.13.so

　　00007fe29d7a6000000-----libc-2.13.so

　　00007fe29d9a500001616r----libc-2.13.so

　　00007fe29d9a9000044rw---libc-2.13.so

　　00007fe29d9aa00001616rw---[anon]

　　00007fe29d9b000001080r-x--ld-2.13.so

　　00007fe29dba600001212rw---[anon]

　　00007fe29dbcc00001616rw---[anon]

　　00007fe29dbd0000044r----ld-2.13.so

　　00007fe29dbd1000088rw---ld-2.13.so

　　00007ffff29b200001212rw---[stack]

　　00007ffff29de000040r-x--[anon]

　　ffffffffff600000000r-x--[anon]

　　----------------------------------

　　totalkB980684508100

　　如果你的虛擬內存占用(上面的Kbytes列)都是0，不用擔心，這是一個在Debian/Ubuntu系統上pmap-x命令的bug。最后一行輸出的總占用量是正確的。

　　現在你可以看一下RSS那一列，這就是實際內存占用。在random文件上，你的程序實際上可以訪問在00007fe261c6f000之前的數十億字節的內存地址，但是只要你訪問的地址超過4KB，那么操作系統就會去磁盤上查找內容。也就是說實際上只有4KB的物理內存被使用了。只有訪問這4KB的東西時，才是真正的內存操作。其它部分雖然你使用的也是內存操作函數來訪問它，但是由于它沒有被加載到內存中，所以在這些內容被訪問的時候，操作系統會先去磁盤讀random中讀取內容到內存中。

　　如果我們把程序再修改一下，修改成下面這樣，讓程序把整個random文件都訪問一遍。

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　#include

　　intmain(){

　　char*random_bytes;

　　FILE*f;

　　intoffset=0;

　　//open"random"forreading

　　f=fopen("/home/user/random","r");

　　if(!f){

　　perror("couldn'topenfile");

　　return-1;

　　}

　　random_bytes=mmap(0,1000000000,PROT_READ,MAP_SHARED,fileno(f),0);

　　if(random_bytes==MAP_FAILED){

　　printf("errormappingthefile\n");

　　return-1;

　　}

　　for(offset=0;offset<1000000000;offset+=4){ 　　inti=*(int*)(random_bytes+offset); 　　//toshowwe'remakingprogress 　　if(offset%1000000==0){ 　　printf("."); 　　} 　　} 　　//attheend,waitforsignalsowecancheckmem 　　printf("\ndone,run`pmap-x%d`\n",getpid()); 　　pause(); 　　} 　　現在我們的pmap-x命令就會得到如下輸出： 　　$pmap-x5378 　　5378:./mem_munch 　　AddressKbytesRSSDirtyModeMapping 　　0000000000400000044r-x--mem_munch 　　0000000000600000044r----mem_munch 　　0000000000601000044rw---mem_munch 　　0000000002271000044rw---[anon] 　　00007fc2aa33300009765640r--s-random 　　00007fc2e5ce000002920r-x--libc-2.13.so 　　00007fc2e5e6a000000-----libc-2.13.so 　　00007fc2e606900001616r----libc-2.13.so 　　00007fc2e606d000044rw---libc-2.13.so 　　00007fc2e606e00001616rw---[anon] 　　00007fc2e607400001080r-x--ld-2.13.so 　　00007fc2e626a00001212rw---[anon] 　　00007fc2e629000001616rw---[anon] 　　00007fc2e6294000044r----ld-2.13.so 　　00007fc2e6295000088rw---ld-2.13.so 　　00007fff037e600001212rw---[stack] 　　00007fff039c9000040r-x--[anon] 　　ffffffffff600000000r-x--[anon] 　　---------------------------------- 　　totalkB980684977072104 　　

上述就是小編為大家分享的Linux中怎么實現虛擬內存了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。