什么是虚拟内存？与实际物理内存的关系？

声明：我是一个新手，有一些理解可能不准确，希望有大佬能指出错误，万分感谢！

虚拟内存的概念及其实现方法

1.1 什么是内存

内存是相对于外存而言的，所谓“内外”，由于CPU处理器是最核心的部分，所以“内存”指的是比较靠近核心的、能直接被CPU读写数据的那一个数据容器。通常这个容器的容量较小，读写速度较快。而“外存”指的是离CPU稍远一些的容数据器（如磁盘），外存一般空间较大，但读写速度较慢（比CPU的处理速度要慢得多），所以不宜直接让CPU去读外存数据，否则CPU都已经把数据处理完了，新的数据还没读进来，让CPU在空等就是浪费时间。因此需要在CPU与外存之间多搞了一个叫内存的东西，来提升速度。

1.2 什么是虚拟内存

因为内存容量对一个大程序而言是在是太小，很难将整个程序直接从外存读到内存里（内存放不下，就算放得下一个，也无法放下多个需要同时运行的程序），虽然这些年内存的速度和大小一直在升级，但对于程序员来说，只要有需要，就能写出非常非常大的程序，所以内存的大小和速度始终无法满足实际需求。
所以计算机学家想出了一个点子——虚拟内存。这是一种在不扩大实际内存容量的情况下，让内存看上去能放下更多程序的方法。这是怎么做到的？
在虚拟内存技术出现之前是将完整的程序从外存（如磁盘）读入内存中，但是现在虚拟内存不这么做，虚拟内存技术将一个完整的程序切割成多份，当CPU要执行这个程序时，内存先把该程序的第一份送入CPU，然后马上又问磁盘拿同一个程序的第二份内容，然后再送入CPU。这样做就使得内存中可以出现更多的程序头（程序的第一份），而不是一个完整的程序占满整个内存。
说到这里其实还没讲到虚拟内存最精髓的地方，“虚”到底虚在哪？虚拟内存和实际内存都存储着多个程序头（被切割出来的第一份），但是虚拟内存胆子很大，他敢记录实际物理内存中没有记录的程序头。所以在容量上看，虚拟内存比实际物理内存要大很多，“虚”就是“比实际更多”的意思。你可能觉得很奇怪，虚拟内存表里记录了在实际物理内存不存在的程序头，那CPU是怎么从实际物理内存中读到不存在的程序头的？这个简单，CPU只会盯着虚拟内存表看，不会再管实际物理内存里有什么，当CPU在虚拟内存表里调用了一个在实际物理内存中不存在的程序头时，物理内存马上去外存（磁盘）里找这个程序头，然后把物理内存中不常运行的程序头踢出去，将CPU需要的程序头放到这个空的位置上，供CPU使用。另一种情况是如果CPU要使用的程序头刚好实际物理内存里有，那就直接用。

1.3 虚拟内存的作用

虚拟内存解决了两部分的问题：
① 防止一个程序太大，无法整体放入物理内存，所以将程序都分割成多份，这样内存中就可以保存很多个不同的程序头，同时也避免了把一整个程序送进来让CPU等待好几秒的尴尬。当CPU要调用内存中的程序头的时候，内存再联系外存（磁盘），让外存一份份送来内存，在送的时间里，CPU可以去处理其他已在内存中的程序头。
② 虚拟内存表里记录了很多物理内存中没有的程序片段，所以欺骗了CPU，让CPU以为内存真的很大，实际情况是，如果CPU调用了物理内存上没有，但虚拟内存表中有的程序时，物理内存会马上“将功补过”，去磁盘找这个程序的头部片段，因为切割后的一份也不大，所以不会让CPU等很久。

上面说的只是形象地描述了虚拟内存的概念、行为以及作用，具体的实现方法要复杂一些，还涉及到内存管理单元（MMU）和地址映射之类的知识，但是有了总体的概念，再去看书，应该会好理解很多。

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