進程的虛擬地址空間
再講進程的虛擬地址空間之前，我們先來了解一下程序的地址空間是什麼？
程序的地址空間：
這是程序地址空間。而程序是一個個死的代碼，所以叫做程序地址空間不合適。程序運行起來之後，纔會佔用內存。所以我們稱爲進程地址空間。
那麼我們思考一下，進程地址空間每一個進程都有一個，憑什麼每一個進程都會有4G的大小，那麼是內存不夠用的。
父子進程中的數據獨有，代碼共享，但是通過代碼實現可以在父子進程中實現對全局變量進行修改，也可以通過打印的方式看出父子進程中的同一變量的地址相同，那爲什麼一個一塊空間可以有兩個值 ?
其實，在程序中所獲得的變量地址都是假地址。因爲這個地址空間都是假的。所以我們叫它 進程的虛擬地址空間。
進程虛擬地址空間的含義：
進程虛擬地址空間：是操作系統爲進程描述的一個假的地址空間。目的是爲了讓進程認爲自己擁有一塊連續的線性的完整的地址空間。但是實際上一個進程使用的內存並非連續存儲的，而是通過頁表映射了虛擬地址與物理地址之間的關係。爲了讓進程通過頁表獲取物理地址，進而實現數據的離散式存儲。
進程的虛擬地址空間的作用：
我們知道數據的對應關係，就可以離散式存儲，利用內存空間。但是程序運行起來還是需要連續的地址，操作系統爲一個程序提供一個線性虛擬的地址，在虛擬的地址中，程序的所有數據都是線性連續存儲，但是在物理內存中，程序運行時所要的數據都是離散式存儲的，所以操作系統在物理內存與虛擬內存之間建立了一個映射關係，提高了內存的利用率。
這個映射關係就是頁表。所以虛擬地址空間可以通過頁表直接映射到物理地址空間，這樣就可以尋找程序運行時所要的數據變量。
直接在物理內存上修改，不僅內存利用率低，而且會缺乏內存的訪問控制。大家都可以對同一塊內存上修改，這樣操作不安全，那麼就會缺乏訪問控制。
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頁表可以進行內存的訪問控制，頁表可以對每個虛擬地址進行權限標記。
- 頁表中可以規定物理內存上的數據是否可以讀寫，頁表中若查到你要修改只讀數據，那麼就是內存訪問錯誤。
- 當對nullptr空指針訪問時，程序發生段錯誤。物理地址上0號位置實際上是有空間的。 其實nullptr是一個虛擬地址，當你訪問nullptr虛擬地址時，不能讀寫，是虛擬地址空間規定。
進程的虛擬地址空間都是通過頁表來訪問自己映射的那塊內存，其它的程序不能訪問，這樣就保證進程之間相互獨立，獨立就代表着穩定。
我們接下來看父子進程中如何通過虛擬地址空間實現數據獨有?
虛擬地址空間其實也是我們描述出來的，通過mm_struct結構體(PCB)，記錄每一個分區段的位置和大小，這個mm_struct * 也就是進程的內存指針 。因爲虛擬地址空間是靠很多區域的位置信息描述出來的，所以有時候也叫做內存描述符
進程之間爲什麼能通過虛擬地址空間空間實現數據獨有？
一開始的時候，通過PCB描述的進程1和進程2上的變量val都是100，在進程1和進程2的虛擬地址空間上都是相同的位置，所以我們在程序中看到的變量val的地址相同，其實是虛擬地址，假地址。此時通過頁表映射到物理內存中的相同位置，但是當進程1改變val值的時候，就不一樣了。
注意：這裏的進程1和進程2也可以是父子進程
當進程1通過頁表映射要修改val值的時候，頁表會根據權限，知道進程1要修改數據，所以會先在物理內存上重新開一塊空間，並且將val值拷貝到新空間上，此時更新進程2的頁表映射，使進程2上的val值映射到物理內存上新的位置。在此過程中，進程1和進程2的虛擬地址空間上val的空間是不會改變的。所以進程間就實現了數據獨有。
寫時拷貝技術：等到需要更改數據時，再去申請內存，重新拷貝一份，並且更改頁表的對應關係。
寫時拷貝的原因是：提高進程創建的效率，有可能多個進程只是讀數據，並不修改這個數據。所以用的時候再去開闢新的內存，拷貝數據。提高效率。
我們再來捋一下如何創建子進程，使得數據獨有？
創建一個子進程的流程： 寫時拷貝技術
- 創建pcb
- 拷貝父進程中的pcb的數據(擁有相同的虛擬地址空間，相同的頁表)
- 父子進程一開始映射同一塊物理內存
- 等到物理內存修改時，才爲子進程重新開闢內存，拷貝數據。
爲什麼代碼共享而數據獨有 ？
因爲進程的虛擬地址空間中代碼段是相同的，不會修改，所以一直映射同一塊物理內存中。
虛擬地址的構成：頁號 + 頁內偏移
頁面： 4096 物理內存：4G
所以一共有1024*1024個頁表項，頁表項也是結構體數組，如果一個頁表要開這麼大一個空間，那就太浪費了。因爲用不到這麼多的映射關係，所以就消耗資源。
二級頁表的引入：
所以有了二級頁表，這塊頁表用到多少頁表項，這塊頁表的內存通過另一塊頁表來映射，用到了才爲頁表分配這塊內存，用不到就不分配了，提高內存利用率。
三種內存管理方式
內存管理：
分段式：對程序比較友好，但是內存利用率不高
分頁式：提高內存利用率
段頁式：目前採用的方案
分段式：
分頁式：
段頁式：
物理地址的計算方法： 虛擬地址/頁面大小 = 頁號。 通過頁表得到塊號，塊號*塊大小 + 頁內偏移(虛擬地址%頁面大小）