09 | 程序装载：“640K内存”真的不够用么？

徐文浩

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该思维导图由 AI 生成，仅供参考

计算机这个行业的历史上有过很多成功的预言，最著名的自然是“摩尔定律”。当然免不了的也有很多“失败”的预测，其中一个最著名的就是，比尔·盖茨在上世纪 80 年代说的“640K ought to be enough for anyone”，也就是“640K 内存对哪个人来说都够用了”。
那个年代，微软开发的还是 DOS 操作系统，程序员们还在绞尽脑汁，想要用好这极为有限的 640K 内存。而现在，我手头的开发机已经是 16G 内存了，上升了一万倍还不止。那比尔·盖茨这句话在当时也是完全的无稽之谈么？有没有哪怕一点点的道理呢？这一讲里，我就和你一起来看一看。
程序装载面临的挑战上一讲，我们看到了如何通过链接器，把多个文件合并成一个最终可执行文件。在运行这些可执行文件的时候，我们其实是通过一个装载器，解析 ELF 或者 PE 格式的可执行文件。装载器会把对应的指令和数据加载到内存里面来，让 CPU 去执行。
说起来只是装载到内存里面这一句话的事儿，实际上装载器需要满足两个要求。
第一，可执行程序加载后占用的内存空间应该是连续的。我们在第 6 讲讲过，执行指令的时候，程序计数器是顺序地一条一条指令执行下去。这也就意味着，这一条条指令需要连续地存储在一起。

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总结

计算机内存管理的发展历程和技术特点是本文的重点。文章首先提到了比尔·盖茨上世纪80年代的失败预测，随后介绍了程序装载面临的挑战，包括内存连续性和多程序加载位置的问题。作者提出了分段和内存交换的解决方案，并指出了内存碎片和性能瓶颈的问题。随后，文章介绍了内存分页技术，将物理内存划分为固定大小的页，并通过虚拟内存到物理内存的映射来解决内存碎片和内存交换的问题。最后，作者强调了通过虚拟内存、页映射和内存交换的组合，程序不再需要考虑实际的物理内存地址和大小，使得程序编写、编译和链接过程变得更加透明。整体而言，本文深入浅出地介绍了计算机内存管理的发展历程和技术特点，对读者快速了解内存管理的演变和技术原理具有重要参考价值。

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曾轼麟
jvm已经是上层应用，无需考虑物理分页，一般更直接是考虑对象本身的空间大小，物理硬件管理统一由承载jvm的操纵系统去解决吧
作者回复: 👍完全正确
2019-05-15
3
144
DreamItPossible
思考题 1. 在 Java 这样使用虚拟机的编程语言里面，我们写的程序是怎么装载到内存里面来的呢？答：首先，我们编写的Java程序，即源代码`.java`文件经过编译生成字节码文件`.class`；然后，创建JVM环境，即查找和装载`libjvm.so`文件；最后，通过创建JVM实例，加载主类的字节码文件到系统给该JVM实例分配的内存中； 2. 它也和我们讲的一样，是通过内存分页和内存交换的方式加载到内存里面来的么？答：Java代码的执行需要JVM环境，JVM环境的创建就是查找和装载`libjvm.so`文件：装载`libjvm.so`是通过内存分页和内存交换的方式加载到内存的。字节码文件是通过类加载器加载到主类文件对应的JVM实例的内存空间中的，这一部分不是使用内存分页和内存交换的方式来管理的，使用的是JVM的内存分配策略来管理的；
作者回复: 👍
2019-08-11
3
100
暴风雪
老师，您好！通读全文，我有两个疑问想请假下您。 1.既然有了虚拟内存和物理内存作映射，为什么还要要求物理内存是连续的？如果不需要连续的物理内存，那么内存碎片的问题就不存在了。 2.
作者回复: 暴风雪同学你好，映射不是一个byte一个byte来映射，而是映射一头一位的地址，不然映射表就太大了。映射到一头一尾中间的整段物理内存需要是连续的
2019-05-17
4
57
徐
请教一下，按页分配就不需要连续内存空间了吗？进而，既然不需要连续，为什么还要再交换，不是随便放就好了吗？
作者回复: 一页之内要连续,不同的页之间不需要。随便放内存里也放不下啊
2019-05-16
9
46
humor
既然操作系统本身有虚拟内存、内存交换和内存分页的能力，JVM为什么还要自己配置Heap等的大小呢？如果内存使用大于JVM配置的值，还会报OOM，反正有swap空间，让操作系统自己去做内存交换不就可以了吗？
作者回复: JVM并不是一个系统级的程序啊，其实只是一个操作系统之上的应用程序，申请的这些heap size是确保自己只使用特定规模的资源啊
2019-05-15

40
曾轼麟
但是jvm中其实也会出现内存碎片的问题，所以也出现了各种各样的gc收集器
作者回复: 其实分段之后换页合并，又何尝不是一种特殊情况下的垃圾回收呢
2019-05-15
2
32
Sherry
老师，请问，一个程序是可以被打碎、装载到，n个不连续的页，去执行吗？看到您回复别的同学说，一页之内内存空间要连续，不同页之间不需要。无论一页还是一段，都属于一块事先划定好的区域，内存一定连续。但是一个程序假如使用了3个页，这3个页之间，地址也可以不连续吗？如果是这样，页的交换又是用来解决什么问题的呢？
作者回复: Sherry同学，你好，当然可以不连续。页的交换是为了解决内存空间地址的管理问题啊。各个程序互相之间不能协调内存分配，所以要交给系统来分配。但是程序执行又需要知道内存地址，所以有了虚拟地址和物理地址的差别。同时内存空间可能不足以同时装载所有的程序，所以也需要页交换啊，把当前要运行的部分的数据加载到内存里面来。
2019-09-24
5
25
子杨
「我们的操作系统会捕捉到这个错误，然后将对应的页，从存放在硬盘上的虚拟内存里读取出来，加载到物理内存中」这段话不太理解，虚拟内存不是指的程序中的内存地址吗？难道是实际存放在硬盘上的一段空间？那这和 Swap 分区有何关系吗？
作者回复: 虚拟内存是指一段地址，但是没有加载到物理内存里的时候其实就是放在硬盘上。你可以认为就是放在swap分区里面的，实际上是swap分区是一个历史遗留名词，现在“swap”的其实都是page了，当然也可以创建单独的.swp这样的文件。
2019-05-21
6
23
Linuxer
我想jvm也是一个可执行程序，应该同其他程序一样依赖于操作系统的内存管理和装载程序就可以了，它可以按自己的方式去规划它自身的内存空间给就java程序使用而无需考虑怎么映射到物理内存这些
作者回复: 是的，没错
2019-05-15

21
不记年
内存分页使得映射的基本单元从段变成了规范的，容易处理的页
作者回复: 👍
2019-05-16

13

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