刚开始学习c语言的时候，会接触到一个概念，就是虚拟内存，当时真的是一头雾水，根本不知道什么是虚拟内存，我为此感到好无奈，随着对c语言的深入理解，慢慢的，我开始明白了虚拟内存的概念，今天我就讲讲我对虚拟内存的理解，鄙人如有哪里不对的，请指正。
虚拟内存的由来
我们知道cpu的速度非常快，外设相对于cpu又很慢，这时就需要一个中介来缓解这种差异，这个中介是谁呢？那就是我们常说的内存。
现代的操作系统都是多任务的，那么多个任务同时工作，就会有内存访问的冲突，那么如何解决这种冲突呢？虚拟内存就是解决这种冲突的。
假设有两个进程1和2，操作系统给进程1和2进程一种假象，操作系统告诉1和2，我的整个内存都是你的，你们随便用，管饱，而事实上，操作系统让他们随便用的只是虚拟内存，当1和2开始使用内存的时候，系统才根据他们的虚拟地址为他们分配物理内存，也就是说，是动态分配的。
进程1和2认为他们使用的虚拟地址就是物理地址，但是事实上，linux内核为他们的虚拟地址做了一个转换，转换成了物理地址。
那么虚拟内存是如何与物理内存进行转换的呢？
linux内核的做法是，利用页目录表进行的映射。
Linux 虚拟地址与物理地址之间的映射
图1
上图中的VA代表虚拟地址，PA代表物理地址，通过上图我们知道，我们的程序将虚拟地址传递给CPU，CPU会根据MMU将虚拟地址进行映射，也就是虚拟地址通过MMU部件后，输出的结果就是PA，也就是物理地址。
MMU 是根据什么机制映射的物理地址呢？
MMU是根据页目录表和页表进行虚拟地址与物理地址的映射的，我们只要把虚拟地址告诉MMU，MMU会主动去查页目录表以及页表，最终找到所需要的物理地址。
MMU它也不是神仙，知道我们的页目录表存在内存的什么位置，所以MMU并不会直接去内存查找页目录，而是通过寄存器CR3来知道页目录的基地址，换句话说，页目录的基地址存在了CR3的寄存器中，MMU读取CR3的寄存器就知道了页目录的基地址，是不是觉得明白了许多。
具体的映射关系如下所示：
图2
上图就是虚拟地址到物理地址的映射过程。
线性地址你可以认为是虚拟地址就行，因为现在的linux内存模型基本上是平坦模型，也就是段的基地址从0开始，所以虚拟地址和线性地址是相等的关系。
下面我就根据上图，来详细说明映射的过程：
1. 首先将线性地址分成三份，这三份分别占用了 22-31位，12-21位，0-11 位。
22-31 位表示的是页目录的索引，页目录你可以认为就是一个数组，这个索引代表数组的索引，MMU会根据这个索引，来选取页目录数组的哪个数组元素。
12-21 位表示的是页表的索引，页表也可以认为是一个数组，MMU会根据这个索引，来选取页表数组中的哪个数组元素。
0-11 位表示的页面的偏移，当MMU通过页目录表和页表知道了页面的基地址后，会用页面的基地址 加上 页面的偏移来算出真正的物理地址。
2. MMU 去读取CR3的寄存器的值，获取页目录的基地址。
3. 获取完页目录的基地址后，会根据线性地址中的22-31位的值，来获取页目录的索引，即为pgd_offset，然后通过基地址加上 4*pgd_offset 后，获取到了页目录项。为什么乘以4呢？是因为 页目录数组中的元素占用4个字节，所以 用 4*pgd_offset 才能获取到页目录项。
4. 获取完页目录项后，我们就知道了页表的基地址，因为页目录项中存放的是页表的基地址，虚拟地址中的12-21 位表示的是页表的索引，我们设为pg_offset ，然后，通过页表的基地址 加上 4*pg_offset 后，就得出了页面的物理地址。这里乘以4，也是因为页表项占用4个字节。
5. 我们得出了页面的物理地址，已经成功了一大半了，最后根据虚拟地址中的0-11 位得到页面的偏移，即为p_offset，然后通过页面的物理地址加上 p_offset后，形成了最终的物理地址。
以上就是虚拟地址到物理地址之间的映射流程，是不是感觉对虚拟地址有了进一步的理解了。
可能有的人会问，是谁往CR3寄存器了存的页目录的基地址？每个进程它的页目录表一样吗？预知后事，请听下回分解，请大家对我进行关注，让我觉得写的东西对有些人是有帮助的，谢谢。
请大家关注我哦
图3
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