C++-虚拟内存的大小有没有限制？

Question

比如说对于一个32位的操作系统来说，可访问的地址空间是4G。那么如果实体内存有2G，是不是就意味着虚拟内存最多只能是2G？
如果是这样的话，那么如果实体内存有4G的话，岂不是虚拟内存无法实现了？
如果不是这样，那么如果实体内存加上虚拟内存的总大小大于4G的话，怎么用32位地址访问到这所有的地址空间？

Answer 1

关于：虚拟内存，虚拟内存地址，物理内存，物理内存地址：

先说说为什么会有虚拟内存和物理内存的区别。正在运行的一个进程，他所需的内存是有可能大于内存条容量之和的，比如你的内存条是256M，你的程序却要创建一个2G的数据区，那么不是所有数据都能一起加载到内存（物理内存）中，势必有一部分数据要放到其他介质中（比如硬盘），待进程需要访问那部分数据时，在通过调度进入物理内存。所以，虚拟内存是进程运行时所有内存空间的总和，并且可能有一部分不在物理内存中，而物理内存就是我们平时所了解的内存条。有的地方呢，也叫这个虚拟内存为内存交换区。

那么，什么是虚拟内存地址和物理内存地址呢。假设你的计算机是32位，那么它的地址总线是32位的，也就是它可以寻址0~0xFFFFFFFF（4G）的地址空间，但如果你的计算机只有256M的物理内存0x~0x0FFFFFFF（256M），同时你的进程产生了一个不在这256M地址空间中的地址，那么计算机该如何处理呢？回答这个问题前，先说明计算机的内存分页机制。

计算机会对虚拟内存地址空间（32位为4G）分页产生页（page），对物理内存地址空间（假设256M）分页产生页帧（page frame），这个页和页帧的大小是一样大的，所以呢，在这里，虚拟内存页的个数势必要大于物理内存页帧的个数。在计算机上有一个页表（page table），就是映射虚拟内存页到物理内存页的，更确切的说是页号到页帧号的映射，而且是一对一的映射。但是问题来了，虚拟内存页的个数 > 物理内存页帧的个数，岂不是有些虚拟内存页的地址永远没有对应的物理内存地址空间？不是的，操作系统是这样处理的。操作系统有个页面失效（page fault）功能。操作系统找到一个最少使用的页帧，让他失效，并把它写入磁盘，随后把需要访问的页放到页帧中，并修改页表中的映射，这样就保证所有的页都有被调度的可能了。这就是处理虚拟内存地址到物理内存的步骤。

现在来回答什么是虚拟内存地址和物理内存地址。虚拟内存地址由页号（与页表中的页号关联）和偏移量组成。页号就不必解释了，上面已经说了，页号对应的映射到一个页帧。那么，说说偏移量。偏移量就是我上面说的页（或者页帧）的大小，即这个页（或者页帧）到底能存多少数据。举个例子，有一个虚拟地址它的页号是4，偏移量是20，那么他的寻址过程是这样的：首先到页表中找到页号4对应的页帧号（比如为8），如果页不在内存中，则用失效机制调入页，否则把页帧号和偏移量传给MMC（CPU的内存管理单元）组成一个物理上真正存在的地址，接着就是访问物理内存中的数据了。总结起来说，虚拟内存地址的大小是与地址总线位数相关，物理内存地址的大小跟物理内存条的容量相关。

Answer 2

读这篇文章
Pushing the Limits of Windows: Virtual Memory

Answer 3

对于 32 位的操作系统来说，最大的访问空间是 4G，但是操作系统要使用物理内存还是硬盘内存，是由操作系统决定的。
对于物理内存有2G的时候，并不是说虚拟内存最大只能是 2G，可以更多，怎么使用时操作系统的事情。
即使物理内存有 4G，操作系统还是有可能在硬盘上分配虚拟内存。

虚拟内存的使用是对用户透明的，让我们看起来整个内存空间就是一块连续的内存，有时候操作系统可能为了分配连续空间，或者根据访问频率，根据虚拟内存的交换原则，即使还有物理内存，但也有可能使用虚拟内存。

Answer 4

没有限制，虚拟内存会往辅助存储器上扩展（例如：磁盘），而且，即使你的内存只有2G，也不会把全部的2G都给虚拟内存，还要留一部分给操作系统内核呢，也就是说，虚拟内存的4G空间有以下两部分组成：（小于2G的内存m） + （4G-m的辅存），两者之间会进行页交换，如此来实现虚拟内存！

Answer 5

32位的系统就是4G的虚拟地址空间，而且可以全部访问。虚拟内存会把硬盘的一部分划分出来作为物理内存的交换区，如果物理内存不够用了，就会把物理内存中一些可以替换的旧的页换到硬盘中去，将新的内容分配新的可用的虚拟地址并加载到物理内存中。这个特点也是虚拟内存的主要作用。
可以看一下这篇blog：
虚拟内存介绍

Answer 6

楼主弄错了基本概念，将操作系统中虚拟内存的概念和windows系统中虚拟内存的概念弄混了。操作系统中虚拟内存的概念是，就算你只有2G的内存，那么每个进程（不管多少个进程）能访问的空间是4G，这种技术叫做虚拟内存。windows中的“虚拟内存”指的是交换空间的大小。两个概念不一样。楼主的虚拟内存指的是交换空间。

如果内存有4G，你同时要运行多个进程（设为两个），每个进程需要访问的空间都是4G（一般进程不会那么大），这样子交换空间的大小随便就需要4G，加上你内存的4G，每个进程都有一部分在交换空间中，操作系统负责不停的交换空间的大小和虚拟内存（通常这会严重降低程序性能）。

Answer 7

补充下楼上几位没有提到的地方。
对于32位系统，大多数操作系统都会将4GB的内存空间的一部分挪给内核使用，应用程序无法直接访问这一段内存，这部分内存空间称为内核空间。Windows默认情况下会将高地址的2GB分配给内核（也可配置为1GB），而Linux默认情况下将高地址的1GB空间分配给内核。

参考阅读：《程序员的自我修养—链接、装载与库》第10章--内存
Linux进程地址空间分布图]：

windows进程地址空间分布图：

Answer 8

LZ混淆了概念
虚拟内存的大小和你计算机物理内存的大小没关系。只和总线宽度有关系。
比如你说的情况。物理内存只有2G。那虚拟内存一样会有4G。虚拟内存和物理内存只是映射关系。物理内存上的一个块可能被好几个虚拟地址指向。这个映射表存在mmu之中。可以绝对这个虚拟地址对应的物理内存是哪一块。
对于虚拟内存加上物理内存大于4G。这个不是一个概念的东西，没办法相加的。从名字上可以直观看出，虚拟内存就是虚拟的。主要是用来描述程序的。就是一个程序给你4G的空间可以用（其实是有1G或者2G是没办法访问的，是操作系统代码区）。通过这个地址可以映射到物理内存上。当物理内存小于虚拟内存时。程序运行时就会页替换发生的次数就会很多。（因为程序运行时，并不要求一次性把所有的都加载进内存，当发生要访问的不在内存时，会发生缺页中断。然后去硬盘上调）。额。。好吧，我说的不是很清楚，LZ想更明白更系统的话，推荐看看深入理解计算机系统第九章。看完之后应该很清晰明了了

--------回答LZ在评论里问的问题的补充------------------
虚拟内存不一定是存在的，就好像堆的这个概念，其实就是虚拟内存，好像操作系统再说。这块内存你用吧。随便用，非常大。让每个进程产生自己真的有那么大内存的错觉。但并不是真的就分配了那么大给他。只是在new的时候才会分配真正的内存。这个new的过程也建立了虚拟地址和物理地址的映射