前言

前幾天講完了行程管理的部分，其中有個部分講到，所謂的ready 或者說 task_running 的狀態，代表著行程的資料已經被移到記憶體，準備好可以執行了，從今天開始就來了解所謂的記憶體到底是怎麼演變以及運行的，在這個部分會了解MMU、page、page table、實體記憶體等等的內容，希望可以對記憶體有更多的了解。

記憶體管理的遠古時期

在遠古時期的記憶體是十分有限而且笨重的，簡單來說就是只要空間足夠就會直接把行程放進去，這代表著記憶體裡面的每個區域都可能被某個行程使用，因此這個古老的方法有兩個顯而易見的大缺點

1. 行程地址空間的保護問題：
   因為整個記憶體是對所有的行程開放，所以對於任何行程而言，可以任意更動到記憶體內部的任何區域的資料，這對有心的惡意人士而言是犯罪的溫床，可以輕鬆的藉著改動其他區域的資料達成自己不懷好意的目標，為了這個問題後續出現分段管理的方式，在稍後會介紹到。
2. 記憶體的使用率不良：
   因為行程的排放方式不固定，也因此如果排放的方式不良，很容易就造成嚴重的空間浪費。
   因應上述的兩個問題，分段以及分頁的機制就此出現。

分段管理

分段管理是為了解決記憶體內位址空間的保護問題而產生的機制，主要結構如下

在記憶體裏會有一個分段表(segment table)進行查表，每個cpu所產生的位址可以分成高位段的segment base與低位段的segment limit，在上圖分別以 s 跟 d 表示，會利用 s 查表，再將該欄的資料取出，分別為限制大小(limit)與基底(base)，首先確認cpu 產生的d ，是否小於分段表中取出的 segment limit，如果為否，那就引發定址錯誤;如果是的話，就將分段表中取出的base 加上d，正確的存取實體記憶體。
分段機制雖然解決了記憶體保護的問題，但是在分段管理中，仍以行程的角度對記憶體進行使用，當實體記憶體不足的時候，取出的會是整個行程，因此如果有多個行程要使用，記憶體會與硬碟不停進行行程資料的交換，會造成嚴重的效能損耗。

分頁管理

在分段機制之後，因為分段每次需要配置的記憶體都是一段一段的，仍然會有記憶體使用率低落的問題，因此產生了分頁機制，分頁機制將分配的單位變成是固定大小的頁面，也可以將不常用的記憶體交換回磁碟中。
講實體的記憶體該如何分配，目前在有越來越多行程同時運行的狀況下，記憶體再多都沒辦法好好地放下所有程式的資料，因此因應這些問題產生的機制就是虛擬記憶體，虛擬記憶體的產生，讓工程師再也不用擔心程式過大會造成記憶體不足沒辦法運轉，也讓同時可以進行的程式變得更多了。
行程可以在分頁表(page table)，上利用分頁表上的標籤，知道該頁目前的使用狀況，最常見的有r,w,e，決定某個分頁是否是可讀可寫或是執行或是修改，分頁的技術在目前仍然是主流，linux系統的分頁大小為 4KB ，