虚拟内存

虚拟内存是现代操作系统提供的一种内存管理机制，它允许程序访问比实际物理内存更大的地址空间。虚拟内存通过将程序的地址空间划分为多个固定大小的块（称为页面），并将这些页面映射到物理内存或磁盘上的页面文件中，从而实现高效的内存管理和资源利用。

正常情况下，一块内存不能同时运行多个程序，如果第一个程序在 2000 的位置写入一个新的值，将会擦掉第二个程序存放在相同位置上的所有内容，因为他们都引用了绝对物理地址，而虚拟内存让操作系统为每个进程分配独立的一套「虚拟地址」，这样进程所使用的地址「隔离」开来，各玩各的。

虚拟页

虚拟页是虚拟内存的基本单位，每个虚拟页是一个固定大小的内存块。操作系统将程序的地址空间划分为多个虚拟页面，并通过页表（Page Table）将虚拟页面映射到物理内存中的物理页面或磁盘上的页面文件中。

文件映射mmap（Memory-Mapped File）

文件映射是一种将文件内容直接映射到进程的地址空间的技术。通过文件映射，程序可以直接通过内存地址访问文件内容，无需通过传统的 read 和 write 系统调用。文件映射的主要优点包括：

• 减少内核态和用户态之间的数据拷贝：传统的文件读写操作需要在内核态和用户态之间进行数据拷贝，而文件映射可以直接在用户态访问文件内容，减少了数据拷贝的开销。

• 提高性能：通过直接访问内存地址，文件映射可以显著提高文件读写操作的性能。

文件映射的工作原理

1. 打开文件：程序通过 open 系统调用打开文件。

2. 映射文件：程序通过 mmap 系统调用将文件内容映射到进程的地址空间。mmap 系统调用会返回一个指针，指向映射的内存区域。

3. 访问文件内容：程序可以通过指针直接访问文件内容，而无需调用 read 或 write 系统调用。

页缓存

操作系统会将文件的内容缓存在页缓存中。页缓存是内核管理的一块内存区域，用于缓存文件的页面。当程序通过文件映射访问文件内容时，操作系统会将文件的页面从磁盘加载到页缓存中，并将虚拟页面映射到页缓存中的物理页面。