一、虚拟内存
先来看一张图（来自《Linux内核完全剖析》），如下：
分段机制：即分成代码段，数据段，堆栈段。每个内存段都与一个特权级相关联，即0~3，0具有最高特权级（内核），3则是最低特权级（用户），每当程序试图访问（权限又分为可读、可写和可执行）一个段时，当前特权级CPL就会与段的特权级进行比较，以确定是否有权限访问。每个特权级都有自己的程序栈，当程序从一个特权级切换到另一个特权级上执行时，堆栈段也随之改换到新级别的堆栈中。
段选择符：每个段都有一个段选择符。段选择符指明段的大小、访问权限和段的特权级、段类型以及段的第一个字节在线性地址空间中的位置（称为段的基地址）。
虚拟地址：虚拟地址的偏移量部分加上段的基地址上就可以定位段中某个字节的位置，即形成线性地址空间中的地址。
分页机制：当使用分页机制时，每个段被划分成页面（通常每页在4KB大小），页面会被存储于物理内存或硬盘上。如果禁用分页机制，那么线性地址空间就是物理地址空间。
当程序试图访问线性地址空间上的一个地址位置时，发生以下操作：
| if(数据在物理内存中) { 虚拟地址转换成物理地址 读数据 } else { if(数据在磁盘中) { if(物理内存还有空闲) { 把数据从磁盘中读到物理内存 虚拟地址转换成物理地址 读数据 } else { 把物理内存中某页的数据存入磁盘 把要读的数据从磁盘读到该页的物理内存中 虚拟地址转换成物理地址 读数据 } } else { 报错 } } |
其中MMU负责虚拟地址到物理地址的转换工作，分段和分页操作都使用驻留在内存中的段表和页表来指定他们各自的交换信息。如果用户程序想要访问一个虚拟地址，经MMU检查无权访问（特权级），MMU产生一个异常，CPU从用户模式切换到特权模式，跳转到内核代码中执行异常服务程序，内核把这个异常解释为段错误，把引发异常的进程终止掉。
