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虚拟内存时硬件异常、硬件地址翻译、主存、磁盘文件和内核软件的完美交互，它为每一个进程提供一个大的、一致的和私有的地址空间。通过一个很清晰的机制，虚拟内存提供了三个很重要的能力：
1.它将主存看成是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，并根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，通过这种方式，高效的使用了主存。
2.它为每个进程提供了一致的地址空间，从而简化了内存管理
3.它保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。
计算机系统的主存被组织成一个由M个连续的字节大小的单元组成的数组。每字节都有一个唯一地物理地址(Physical Address, PA)。第一个字节的地址为0，接下来的字节地址为1，再下一个为2，以此类推。给这种简单的结构，CPU访问内存的最自然的方式就是使用物理地址。我们把这种方式称为物理寻址。 早期的PC使用物理地址，而且诸如数字信号处理器、嵌入式微控制器以及Cray超级计算机这样的系统仍然继续使用这种寻址方式。
概念上而言，虚拟内存被组织为一个由存放在磁盘上的N个连续的字节大小的单元组成的数组。每字节都有一个唯一地虚拟地址，作为到数组的索引。磁盘上数组的内容被缓存在主存中。和存储器层次结构中其它缓存一样，磁盘(较低层)上的数据被分割成块，这些块作为磁盘和主存(较高层)之间的传输单元。VM系统通过将虚拟内存分割为称为虚拟页(Virtual Page， VP)的大小固定的块来处理这个问题。每个虚拟页的大小为字节。类似地，物理内存被分割为物理页(Physical Page，PP)，大小也为P字节(物理页也被称为页帧)。
在任意时刻，虚拟页面的集合都分为三个不想交的子集:
未缓存的： 未缓存在物理内存中的已分配页。
在虚拟内存的习惯说法中，缓存不命中称为缺页。下图展示了在缺页之前我们的示例页表的状态。CPU引用了VP3中的一个字，VP3并未缓存在DRAM中。地址翻译硬件从内存中读取PTE3，从有效位推断出VP3未被缓存，并且触发一个缺页异常。缺页异常调用内核中的缺页异常处理程序，该程序会选择一个牺牲页，在此例中就是存放在PP3中的VP4。如果VP4已经被修改了，那么内核就会将它复制回磁盘。无论哪种情况，内核都会修改VP4的页表条目，反映出VP4不再还存在主存中这一事实。
形式上来说，地址翻译是一个N元素的虚拟地址空间(VAS)的元素和一个M元素的物理地址空间(PAS)中元素之间的映射。
内核为系统中的每个进程维护一个单独的任务结构(源代码中的task_struct)。任务结构中的元素包含或者指向内核运行该进程所需要的所有信息(例如，PID、指向用户栈的指针、可执行目标文件的名字，以及程序计数器)。
2018-2019-1 20165337 《信息安全系统设计基础》第九周学习总结
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原文地址：https://www.cnblogs.com/y963976867/p/10055237.html
