搞基础系列-Linux系统-内存篇
前言
作为一个Android开发者，可能大部分时间都放在了上层的代码编写和学习上，对于一些基础的东西像操作系统、网络、数据结构与算法还有设计模式可能了解不多，搞基础系列准备以个人的经验为出发，整理一些个人认为比较重要的，对工作有帮助的一些基础知识点，虽不能面面俱到，但力求包含重点常见知识，这不仅是一个分享，也是个人学习的记录和总结。
Linux学习路线
image
（这个路线图只是从自己的经验和实际出发得出的，个人觉得在平时可以用到和需要了解的知识，不求面面俱到，只要重点记忆突破。）
什么是操作系统
先看一下电脑是由什么组成的，按照冯诺依曼结构运算器，控制器，内存储器，以及输入输出设备，这些对应着CPU、内存和硬盘以及鼠标键盘显示器，这些是实打实的硬件，当你想要调用这些硬件为你服务，你需要熟悉这些硬件接口，几百页的接口文档那可不是闹着玩的，那么你就需要一种叫做 驱动 的软件来和硬件交互，操作系统实际上就集成了很多驱动，可以看出，操作系统的一大作用就是屏蔽底层硬件的差异，统一管理硬件。第二点，用户实际使用的是应用程序，应用程序实际上是和操作系统直接打交道的，所以操作系统的第二个目的就是为应用程序提供易读、可靠和高效的API，这样上层应用就不用直接面对硬件，节省开发时间。
所以总结下来操作系统就是用来统一管理硬件资源的，为上层应用提供高效、易读API接口的软件集合。
操作系统有很多像window，macos、android、ios等等，为什么我要选择Linux学习，因为Android是基于Linux内核的，Android开发又是我吃饭的家伙，还有什么比洽饭更重要呢？
内存
1什么是内存：
image
内存就好比一个个箱子，箱子上有着编号，就是上图中的地址，里面装着我们需要的数据，而cpu的管脚通过总线与内存相连，当cpu需要数据进行计算时，就通过总线将内存中的数据加载进来，计算完成后再通过总线将结果写入到内存，同时内存也是和硬盘连接，可以将一些数据写入硬盘，因为内存的数据再断电后就会消失，想永久保存就需要写入到硬盘。
2CPU的地址总线、数据总线和内存的关系
[图片上传失败...(image-1dbf96-1578232870127)]
前面说了，cpu通过总线与内存相连，总线又分为地址总线、数据总线和控制总线三种。
数据总线：
可以将数据传给内存，也可以将内存数据传给cpu，如果数据总线长度为8位，那么每个时钟周期传递的数据就是1B
地址总线：
前面说了，内存可以当做一个个箱子，箱子里的是数据，每个箱子上都有编号，cpu通过找到箱子的编号，打开箱子，取走里面的数据，或者写入数据，地址总线就是用来确定和找到箱子编号的，比如咱们常说的32位cpu，它的可寻址范围就是2^32也就是4G，那么他的地址总线范围就是0x00000000-0xFFFFFFFF,这就是内存箱子的编号。这里的4G其实也对应了我们的最大内存大小，一般情况下每个箱子存储的数据大小为1B。
控制总线：
用来和设备间相互传递控制信号的。
3虚拟内存
虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。
（1）虚拟内存地址
上图中物理内存中的地址我们定义为物理地址，但是在Linux中应用程序不能直接访问物理内存地址，只能通过虚拟内存地址进行内存访问，每个进程都有自己的一套虚拟内存地址，用来给自己的进程空间编号。进程空间的数据同样以字节为单位，依次增加。从功能上说，虚拟内存地址和物理内存地址类似，都是为数据提供位置索引。进程的虚拟内存地址相互独立。因此，两个进程空间可以有相同的虚拟内存地址，如0x10001000。虚拟内存地址和物理内存地址又有一定的对应关系，如下图所示。对进程某个虚拟内存地址的操作，会被CPU翻译成对某个具体内存地址的操作。
image
这么做有两个好处：1是内存的分配管理统一交由操作系统处理和校验2是为进程间共享内存提供方便
（4）内存分页
前面说到，虚拟内存地址和物理地址是有映射关系的，这种映射关系是需要有个表来维护的，如果每个物理地址对应一个虚拟内存地址，那么拿4G内存举例，维护这个表需要8G内存，这家伙比内存还大，分页就是用来解决这个问题的。
分页就是一更大的粒度来存储映射关系，分页机制的操作对象是固定大小的内存块，称为页，一般情况下大小为4K。与页的概念相对应，页框是对物理内存的最小操作单位，页框大小和页的大小是一样的，也是4K。这样我们需要维护的就是虚拟页和物理页框的对应关系了，一个页为4K，那么4G内存需要的用来维护对应关系的内存大小为1M。无论页还是页框，一页之内的内存地址都是连续的，所以页和页框的最后位数是相同的，以4K页为例，每一页有4096个字节。由于4096是2的12次方，所以地址最后12位的对应关系天然成立。我们把地址的这一部分称为偏移量（offset）。偏移量实际上表达了该字节在页内的位置。地址的前一部分则是页编号。操作系统只需要记录页编号的对应关系。
image
由图可知：
虚拟地址=页编码+偏移量
物理地址=页框页编码+偏移量
参考
《鸟哥的Linux私房菜》
《现代操作系统》
《深入理解Android内核设计思想》
关注我的公众号
image
