虚拟地址怎么找到对应的内容？

操作系统内存管理方式主要两种，不同的管理方式，寻址的实现是不同的：

• 内存分段：将进程的虚拟地址空间划分为多个不同大小的段，每个段对应一个逻辑单位，如代码段、数据段、堆段和栈段。每个段的大小可以根据需要进行调整，使得不同段可以按需分配和释放内存。虚拟内存分段的优点是可以更好地管理不同类型的数据，但是由于段的大小不一致，容易产生外部碎片。
• 内存分页：将进程的虚拟地址空间划分为固定大小的页，同时将物理内存也划分为相同大小的页框。通过页表将虚拟地址映射到物理地址，并且可以按需加载和释放页。虚拟内存分页的优点是可以更好地利用物理内存空间，但是可能会产生内部碎片。

分段的寻址方式

分段机制下的虚拟地址由两部分组成，段选择因子和段内偏移量。

段选择因子和段内偏移量：

• 段选择子就保存在段寄存器里面。段选择子里面最重要的是段号，用作段表的索引。段表里面保存的是这个段的基地址、段的界限和特权等级等。
• 虚拟地址中的段内偏移量应该位于 0 和段界限之间，如果段内偏移量是合法的，就将段基地址加上段内偏移量得到物理内存地址。

在上面，知道了虚拟地址是通过段表与物理地址进行映射的，分段机制会把程序的虚拟地址分成 4 个段，每个段在段表中有一个项，在这一项找到段的基地址，再加上偏移量，于是就能找到物理内存中的地址，如下图：

如果要访问段 3 中偏移量 500 的虚拟地址，我们可以计算出物理地址为，段 3 基地址 7000 + 偏移量 500 = 7500。

分段的办法很好，解决了程序本身不需要关心具体的物理内存地址的问题，但它也有一些不足之处：

• 第一个就是内存碎片的问题。
• 第二个就是内存交换的效率低的问题。

分页的寻址方式

虚拟地址与物理地址之间通过页表来映射，如下图：

页表是存储在内存里的，内存管理单元 （MMU）就做将虚拟内存地址转换成物理地址的工作。

而当进程访问的虚拟地址在页表中查不到时，系统会产生一个缺页异常，进入系统内核空间分配物理内存、更新进程页表，最后再返回用户空间，恢复进程的运行。

在分页机制下，虚拟地址分为两部分，页号和页内偏移。

页号作为页表的索引，页表包含物理页每页所在物理内存的基地址，这个基地址与页内偏移的组合就形成了物理内存地址，见下图。

总结一下，对于一个内存地址转换，其实就是这样三个步骤：

• 把虚拟内存地址，切分成页号和偏移量；
• 根据页号，从页表里面，查询对应的物理页号；
• 直接拿物理页号，加上前面的偏移量，就得到了物理内存地址。

下面举个例子，虚拟内存中的页通过页表映射为了物理内存中的页，如下图：