1. 虚拟内存有什么用？为什么要有虚拟内存？
- 虚拟内存：操作系统为每一个进程分配一个独立的地址空间，却是虚拟内存。虚拟内存与物理内存存在映射关系，通过页表寻址完成虚拟地址和物理地址的转换。
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为什么要用虚拟内存：因为早期的内存分配方法存在以下问题：
（1）进程地址空间不隔离。会导致数据被随意修改。
（2）内存使用效率低。
（3）程序运行的地址不确定。操作系统随机为进程分配内存空间，所以程序运行的地址是不确定的。
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使用虚拟内存的好处：
（1）扩大地址空间。每个进程独占一个4G空间，虽然真实物理内存没那么多。
（2）内存保护：防止不同进程对物理内存的争夺和践踏，可以对特定内存地址提供写保护，防止恶意篡改。
（3）可以实现内存共享，方便进程通信。
（4）可以避免内存碎片，虽然物理内存可能不连续，但映射到虚拟内存上可以连续。
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使用虚拟内存的缺点：
（1）虚拟内存需要额外构建数据结构，占用空间。
（2）虚拟地址到物理地址的转换，增加了执行时间。
（3）页面换入换出耗时。
（4）一页如果只有一部分数据，浪费内存。
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进程得到的这4G虚拟内存是一个连续的地址空间（这也只是进程认为），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有一部分存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。
进程开始要访问一个地址，它可能会经历下面的过程
每次我要访问地址空间上的某一个地址，都需要把地址翻译为实际物理内存地址
所有进程共享这整一块物理内存，每个进程只把自己目前需要的虚拟地址空间映射到物理内存上
进程需要知道哪些地址空间上的数据在物理内存上，哪些不在（可能这部分存储在磁盘上），还有在物理内存上的哪里，这就需要通过页表来记录
页表的每一个表项分两部分，第一部分记录此页是否在物理内存上，第二部分记录物理内存页的地址（如果在的话）
当进程访问某个虚拟地址的时候，就会先去看页表，如果发现对应的数据不在物理内存上，就会发生缺页异常
缺页异常的处理过程，操作系统立即阻塞该进程，并将硬盘里对应的页换入内存，然后使该进程就绪，如果内存已经满了，没有空地方了，那就找一个页覆盖，至于具体覆盖的哪个页，就需要看操作系统的页面置换算法是怎么设计的了。
再来总结一下虚拟内存是怎么工作的
当每个进程创建的时候，内核会为进程分配4G的虚拟内存，当进程还没有开始运行时，这只是一个内存布局。实际上并不立即就把虚拟内存对应位置的程序数据和代码（比如.text .data段）拷贝到物理内存中，只是建立好虚拟内存和磁盘文件之间的映射就好（叫做存储器映射）。这个时候数据和代码还是在磁盘上的。当运行到对应的程序时，进程去寻找页表，发现页表中地址没有存放在物理内存上，而是在磁盘上，于是发生缺页异常，于是将磁盘上的数据拷贝到物理内存中。
另外在进程运行过程中，要通过malloc来动态分配内存时，也只是分配了虚拟内存，即为这块虚拟内存对应的页表项做相应设置，当进程真正访问到此数据时，才引发缺页异常。
可以认为虚拟空间都被映射到了磁盘空间中（事实上也是按需要映射到磁盘空间上，通过mmap，mmap是用来建立虚拟空间和磁盘空间的映射关系的）
虚拟内存是硬件地址翻译、主存、磁盘文件和内核软件间的完美交互，他为每个进程提供了一个大的、一致的和私有的地址空间。虚拟内存提供了三个重要的能力：
1）缓存：将主存视为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；
2）内存管理：为每个进程提供了一致的地址空间，简化内存管理；
3）内存保护：保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。
利用虚拟内存机制的优点
既然每个进程的内存空间都是一致而且固定的（32位平台下都是4G），所以链接器在链接可执行文件时，可以设定内存地址，而不用去管这些数据最终实际内存地址，这交给内核来完成映射关系
当不同的进程使用同一段代码时，比如库文件的代码，在物理内存中可以只存储一份这样的代码，不同进程只要将自己的虚拟内存映射过去就好了，这样可以节省物理内存
在程序需要分配连续空间的时候，只需要在虚拟内存分配连续空间，而不需要物理内存时连续的，实际上，往往物理内存都是断断续续的内存碎片。这样就可以有效地利用我们的物理内存
页面置换算法
FIFO先进先出算法：在操作系统中经常被用到，比如作业调度（主要实现简单，很容易想到）；
LRU（Least recently use）最近最少使用算法：根据使用时间到现在的长短来判断；
LFU（Least frequently use）最少使用次数算法：根据使用次数来判断；
OPT（Optimal replacement）最优置换算法：理论的最优，理论；就是要保证置换出去的是不再被使用的页，或者是在实际内存中最晚使用的算法。
