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 ，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。
第二，我们需要同时加载很多个程序，并且不能让程序自己规定在内存中加载的位置。 虽然编译出来的指令里已经有了对应的各种各样的内存地址，但是实际加载的时候，我们其实没有办法确保，这个程序一定加载在哪一段内存地址上。因为我们现在的计算机通常会同时运行很多个程序，可能你想要的内存地址已经被其他加载了的程序占用了。
要满足这两个基本的要求，我们很容易想到一个办法。那就是我们可以在内存里面，找到一段连续的内存空间，然后分配给装载的程序，然后把这段连续的内存空间地址，和整个程序指令里指定的内存地址做一个映射。
我们把指令里用到的内存地址叫作 虚拟内存地址 (Virtual Memory Address)，实际在内存硬件里面的空间地址，我们叫 物理内存地址 (Physical Memory Address)。
程序里有指令和各种内存地址，我们只需要关心虚拟内存地址就行了。对于任何一个程序来说，它看到的都是同样的内存地址。我们维护一个虚拟内存到物理内存的映射表，这样实际程序指令执行的时候，会通过虚拟内存地址，找到对应的物理内存地址，然后执行。因为是连续的内存地址空间，所以我们只需要维护映射关系的起始地址和对应的空间大小就可以了。
内存分段
这种找出一段连续的物理内存和虚拟内存地址进行映射的方法，我们叫分段(Segmentation)。这里的段，就是指系统分配出来的那个连续的内存空间。
分段的办法很好，解决了程序本身不需要关心具体的物理内存地址的问题，但它也有一些不足之处，第一个就是内存碎片(Memory Fragmentation)的问题。
我们来看这样一个例子。我现在手头的这台电脑，有 1GB 的内存。我们先启动一个图形渲染程序，占用了 512MB 的内存，接着启动一个 Chrome 浏览器，占用了 128MB 内存，再启动一个 Python 程序，占用了 256MB 内存。这个时候，我们关掉 Chrome，于是空闲内存还有 1024 - 512 - 256 = 256MB。按理来说，我们有足够的空间再去装载一个200MB 的程序。但是，这 256MB 的内存空间不是连续的，而是被分成了两段 128MB 的内存。因此，实际情况是，我们的程序没办法加载进来。
当然，这个我们也有办法解决。解决的办法叫 内存交换 (Memory Swapping)。
我们可以把 Python 程序占用的那 256MB 内存写到硬盘上，然后再从硬盘上读回来到内存里面。不过读回来的时候，我们不再把它加载到原来的位置，而是紧紧跟在那已经被占用了的 512MB 内存后面。这样，我们就有了连续的 256MB 内存空间，就可以去加载一个新的200MB 的程序。如果你自己安装过 Linux *** 作系统，你应该遇到过分配一个 swap 硬盘分区的问题。这块分出来的磁盘空间，其实就是专门给 Linux *** 作系统进行内存交换用的。
虚拟内存、分段，再加上内存交换，看起来似乎已经解决了计算机同时装载运行很多个程序的问题。不过，你千万不要大意，这三者的组合仍然会遇到一个性能瓶颈。硬盘的访问速度要比内存慢很多，而每一次内存交换，我们都需要把一大段连续的内存数据写到硬盘上。所以，如果内存交换的时候，交换的是一个很占内存空间的程序，这样整个机器都会显得卡顿。
内存分页
既然问题出在内存碎片和内存交换的空间太大上，那么解决问题的办法就是，少出现一些内存碎片。另外，当需要进行内存交换的时候，让需要交换写入或者从磁盘装载的数据更少一点，这样就可以解决这个问题。这个办法，在现在计算机的内存管理里面，就叫作 内存分页 (Paging)。
和分段这样分配一整段连续的空间给到程序相比，分页是把整个物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小 。而对应的程序所需要占用的虚拟内存空间，也会同样切成一段段固定尺寸的大小。这样一个连续并且尺寸固定的内存空间，我们叫页(Page)。从虚拟内存到物理内存的映射，不再是拿整段连续的内存的物理地址，而是按照一个一个页来的。页的尺寸一般远远小于整个程序的大小。在 Linux 下，我们通常只设置成 4KB。你可以通过命令看看你手头的 Linux 系统设置的页的大小。
getconf PAGE_SIZE
由于内存空间都是预先划分好的，也就没有了不能使用的碎片，而只有被释放出来的很多4KB 的页。即使内存空间不够，需要让现有的、正在运行的其他程序，通过内存交换释放出一些内存的页出来，一次性写入磁盘的也只有少数的一个页或者几个页，不会花太多时间，让整个机器被内存交换的过程给卡住。
更进一步地，分页的方式使得我们在加载程序的时候，不再需要一次性都把程序加载到物理内存中。我们完全可以在进行虚拟内存和物理内存的页之间的映射之后，并不真的把页加载到物理内存里，而是只在程序运行中，需要用到对应虚拟内存页里面的指令和数据时，再加载到物理内存里面去。
实际上，我们的 *** 作系统，的确是这么做的。当要读取特定的页，却发现数据并没有加载到物理内存里的时候，就会触发一个来自于 CPU 的 缺页错误 (Page Fault)。我们的 *** 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，加载到物理内存里。这种方式，使得我们可以运行那些远大于我们实际物理内存的程序。同时，这样一来，任何程序都不需要一次性加载完所有指令和数据，只需要加载当前需要用到就行了。
通过虚拟内存、内存交换和内存分页这三个技术的组合，我们最终得到了一个让程序不需要考虑实际的物理内存地址、大小和当前分配空间的解决方案。这些技术和方法，对于我们程序的编写、编译和链接过程都是透明的。这也是我们在计算机的软硬件开发中常用的一种方法，就是 加入一个间接层 。
通过引入虚拟内存、页映射和内存交换，我们的程序本身，就不再需要考虑对应的真实的内存地址、程序加载、内存管理等问题了。任何一个程序，都只需要把内存当成是一块完整而连续的空间来直接使用。
总结延伸
现在回到开头我问你的问题，我们的电脑只要 640K 内存就够了吗?很显然，现在来看，比尔·盖茨的这个判断是不合理的，那为什么他会这么认为呢?因为他也是一个很优秀的程序员啊!
在虚拟内存、内存交换和内存分页这三者结合之下，你会发现，其实要运行一个程序，“必需”的内存是很少的。CPU 只需要执行当前的指令，极限情况下，内存也只需要加载一页就好了。再大的程序，也可以分成一页。每次，只在需要用到对应的数据和指令的时候，从硬盘上交换到内存里面来就好了。以我们现在 4K 内存一页的大小，640K 内存也能放下足足 160 页呢，也无怪乎在比尔·盖茨会说出“640K ought to be enough for anyone”这样的话。
不过呢，硬盘的访问速度比内存慢很多，所以我们现在的计算机，没有个几 G 的内存都不好意思和人打招呼。
那么，除了程序分页装载这种方式之外，我们还有其他优化内存使用的方式么?下一讲，我们就一起来看看“动态装载”，学习一下让两个不同的应用程序，共用一个共享程序库的办法。
程序被装载的过程：
上面的步骤执行完以后，程序的指令和数据其实并没有被放到内存。
程序开始执行的时候，CPU发现入口地址指向的内存页面是个空页面，于是产生页错误，CPU将控制权交给 *** 作系统的页错误处理机制。 该机制通过上面第2步建立的可执行文件与虚拟空间的映射关系，定位缺页在程序中的位置（找到对应VMA，计算相应页面在可执行文件中的偏移），将其从磁盘读取到内存中，然后在物理内存中分配一个物理页面，将虚拟页与物理页之间建立映射关系。然后控制权返回给进程，继续执行。
随着进程的执行，页错误会不断产生， *** 作系统也会不断为进程分配物理页面来满足它运行的要求。 有时需要的内存过多，这就涉及到了虚拟存储管理方面的知识。
分类: 电脑/网络 >> *** 作系统/系统故障解析:
boot
启动（或引导）
在讲述这个名词的意义之前，您最好做一张启动盘，这样在您的计算机受到引导型病毒的感染时可以干净地启动计算机杀死这个病毒。
启动作为动词时是指将 *** 作系统装入主存或RAM中，一旦 *** 作系统存在于主存或RAM中时，用户就可以在计算机上使用应用程序了。有时候您可能会看到一个单词，让您"reboot"（重新启动），它的意思就是让您重新把 *** 作系统装入计算机的主存或RAM。上面所说的是指PC机，而一般大型计算机中不用这个单词，在大型机中称启动为IPL（Initial Program Load，初始程序装载）。
作为名词时，它指的是引导程序，此程序可以先行进入系统，获得系统的控制权，然后导入所有的 *** 作系统程序。
需要注意的是，启动或装载 *** 作系统与安装 *** 作系统是两码事，在一台计算机上的安装一般只进行一次，而每次开机时 *** 作系统进入计算机主存或RAM的过程不能称之为安装。在安装的过程中用户需要设置许多参数，在安装结束后， *** 作系统就会存在于计算机的存储器中。可以安装其它应用程序，但启动一般仅仅针对 *** 作系统而言的。一定不要把这两个意思弄错了。
虽然启动过程因 *** 作系统的不同而稍稍有所不同，但是基本过程是这样的：当您打开计算机时， *** 作系统将按照下面的顺序自已进行装载。
开机时，系统中只读存储器（ROM）中的基本输入输出系统（BIOS）获得系统控制权，BIO预先装好的，不象随机访问存储器（RAM），ROM的内容不会因为计算机掉电而丢失。BIOS首先进行开机自检过程（power-on self test，POST）确定计算机上所有的基本部件可以正常工作。然后，BIOS的引导程序找寻特定的启动程序
，由这个启动程序装载硬盘上的 *** 作系统。
通常情况下，此程序会首先会使A驱动器，如果其中有软盘的话，将会在特定的位置读入引导文件。（对于MS-DOS系统来说，这两个文件是IO.SYS和MSDOS.SYS。）如果启动程序在这个位置没有找到可以用于装载 *** 作系统的文件时，BIOS将告诉用户A盘不是一张启动盘。如果驱动器A中没有软盘的话（通常都没有），BIOS将
在硬盘的特定位置上找寻特定的文件，在找到这个文件后，BIOS将第一个扇区（一个512字节的特定区域）读入RAM的特定位置，第一个扇区内存储的信息就称之为主引导记录。 在装入引导记录后，引导记录获得系统的控制权，由它将后面的文件装入系统。在将后面的文件全部装入系统后，引导记录就没有用了，可以被别的数据覆盖掉了。在此之后要装置进一些配置文件，这些配置文件将使这台计算机工作在最佳状态之下。在处理完配置文件之后， *** 作系统正式获得控制权，这时启动就算完成了。
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