虚拟内存

我们先来说说虚拟内存，我前面说过，之所以使用虚拟内存的原因就是因为很多软件非常大，运行起来特别容易占满整个物理内存，所以为了能够让大型软件运行再我们常用的电脑里，就出现了虚拟内存，其运作方式就是将有用的资源复制进内存中进行处理，没用的暂时放回去，这样就大大减少了内存的占用情况。

虚拟内存延伸出来的知识就是虚拟地址空间，这个空间就是我们常说的程序运行的空间，也是一个程序使用虚拟地址的范围。我们一直认为，电脑的系统只是为了让所有操作可以图形展示出来，让电脑使用起来更简单。实际上这只是一方面，另一方面就是我们所说的虚拟内存，它是计算机进入生活的必须产物。

计算机在早期的时候，程序是直接运行再硬件设备上的，但是硬件设备元器件非常有限，所以它们可计算的范围非常有限，不够用怎么办，而且我们说过计算机中的程序大多占用的是连续不断的一块内存，万一我们使用过程中，内存被其它程序占用了岂不是就会出错，所以虚拟内存和操作系统（系统是先产生的，我只不过一起提到而已）顺应时代而产生。

操作系统的作用是什么，它是为了确定物理内存和虚拟内存的映射关系，结合一个程序的编译模式，最终确定虚拟地址空间的大小范围等，说简单点，就是虚拟内存和物理内存的管理都是操作系统来进行的，而且能有效的解决我们前面说到的内存占用问题，防止其他程序占用我们使用的这片物理内存空间，这就是我们说到内存空间的隔离。说通俗点，就是一个很有很多孩子的母亲，这位母亲通过合理的方式，将这些孩子的资源分配的清清楚楚，让它们都能够健康成长，不会吵架，和睦相处。

软件层面

通过操作系统，是不是极少了出现错误的问题，而且因为程序直接从虚拟内存中操作，是不是可以让程序员们减少对物理内存的直接操作，让运行环境更加安全了。

虽然我们说了操作系统可以提高运行速度，而且提到了操作系统会受到编译模式影响，那么编译模式是什么。我们经常听到操作系统有64位，有32位等，除了软件上的问题，更多的是CPU的原因，因为CPU就是分位数的，早期的16位，到现在的64位，都让计算机发展的更快。而我们说的编译模式，就是指的不同平台，不同CPU下，数据位数不同，导致编译的模式也不一样，就是现在编译器来看大多都是64位和32位的。你们知道吗，实际上虚拟内存提出和应用，是32位系统出现的时候提出来的。

既然编译器的编译模式是多样的，那么我们来看一下编译模式是怎么个编译法，我们以32位系统为例，我们以前说过，不管指针还是地址，字节中每一位的二进制结果都位0和1两种，那么一个32位的操作系统就是2^32大概就是4G虚拟空间，注意这里说的是内存地址，不要搞错了。64位系统比较厉害了，它可以支持最大256TB的虚拟空间。不过受物理内存和操作系统影响，只使用了48位。

从上面的这些内容来看，一个32位系统需要搭配一个32位的CPU，然后运行的程序也必须是32位，这一套下来，我们可以统称为32位环境。

这里给朋友们做个知识小普及，为什么计算机系统除了分位数以外，还会有什么专业版，旗舰版，企业版等等，不要以为物理内存可以无限扩大，它也会受到计算机操作系统的限制，像Windows 7系统，它的家庭版最大支持16GB内存，而专业版却能支持192GB的内存。所以我们在选择扩大内存的时候，还需要更换操作系统。

上面说了那么多，无非就是操作系统将虚拟内存映射至物理内存，所以我们要对它的映射原理有所了解，这种映射并不是简单的一个内存映射至另一内存，它们是以块为单位划分，在系统上运行的程序所使用的空间看做一整块，在经过映射后，物理内存中也将按块划分，如果虚拟地址中，程序访问的地址超过了自己的使用范畴，那么系统就会将其认为成非法访问，直接在虚拟层面上禁止了访问物理内存，这样就不会存在内存相互占用的错误，我们将计算机的这种行为称为地址隔离。

当然，前面的这种以块为单位的方法，因为每次都需要占用一整块内存，难免会造成在使用阶段，出现大量程序没有使用，但是内存却仍然被占用的弊端，所以现在操作系统就使用了更加精细的划分方法，将虚拟地址和物理地址进行分割，简单的说，就是结合一一对应和整块对应的中间点，让内存区域不在以元器件和程序为单位，而是以切割的小内存块为单位，这样就像我们的活字印刷术一样，缺少了，就读取，多了，就放回原处，这样就会为内存腾出大量不需要的空间，也不用把一整块程序都放进来。小块内存之间有很多可以操作的余地，我们把这种均匀切割的内存看做一页，整体称作分页机制，这种地址转换的过程称为页表机制。这里就不再向下延伸，因为页表理解起来却是很绕，有兴趣的朋友可以自己去了解下。