9.1 背景
虚拟地址空间：进程在内存中存放的逻辑视图。如图所示。
虚拟内存：是一种内存管理技术，它会使程序自己认为自己拥有一块很大且连续的内存，然而，这个程序在内存中不是连续的，并且有些还会在磁盘上，在需要时进行数据交换 。
允许随着动态内存分配，堆向上生长；允许随着子程序的不断调用，栈向下生长。只有在堆和栈生长时，才需要实际的物理页。包括空白的虚拟地址空间成为稀地址空间。其优点是：随着程序的执行，栈或堆段的生长或需要载入动态链接库（或共享对象）时，这些空白可以填充。
虚拟内存也允许文件和内存通过共享页而为两个或多个进程所共享。如图所示：
9.2 按需调页 在需要时才调入相应的页（可视为懒惰交换）
区分：交换程序是对整个进程操作（因此这里是懒惰交换），调页程序只是对进程的单个页进行操作，按需调页使用的是调页程序。
有效位和无效位：有效：表示相关的页既合法也在内存中；无效：表示该页不在进程的逻辑地址空间内(有的博客说此时应显示NULL)或有效但是在磁盘中。如图所示：
Q:当进程试图访问未调入内存（在磁盘上）的页，将会如何？
A:对这些标记为无效的页，将产生页错误陷阱。由于操作系统未能将所需的页调入内存而产生。处理流程：
(1)检查进程的内部页表(通常与PCB一起保存)，以确定该引用是合法的还是非法的地址访问；
(2)若引用非法，则终止进程。若引用有效但尚未调入页面，则现在应调入；
(3)找到一个空闲帧（如从空闲链表中选一个）；
(4)调度一个磁盘操作，以便将所需要的页调入刚分配的帧；
(5)当磁盘读操作完成后，修改进程的内部表和页表，以表示该页已在内存中；
(6)重新开始因陷阱而中断的指令，进程现在可以访问所需页。如图所示：
极端情况：所有的页都不在内存中，成为纯粹按需调页：只有在需要时才将页调入内存。
原理：局部性：
空间局部性：电脑中某一块内存在使用时，在不久的将来会使用内存地址相近的一块内存区域。
时间局部性：电脑中某一条指令在使用完之后，在不久的将来有很大可能再次使用它。
因此，有的程序的单个指令可能访问多个页的内存，从而一个指令可能产生多个页错误。不过由于局部性，这种情况很少见。
硬件支持：（1）页表：该表能够通过有效-无效位或保护位的特定值，将条目设为无效；
（2）次级存储器：保存不在内存中的页，通常为快速磁盘，通常称为交换设备，用于交换的这部分磁盘通常称为交换空间。
关键：能够在页错误后重新执行指令，出现页错误时，保存中断进程的状态(寄存器、条件代码、指令计数器)，必须能够按完全相同的位置和地址重新开始执行进程。
性能分析：计算按需调页内存的有效访问时间：
设p为页错误的概率(0<=p<=1)，则有效访问时间为：
有效访问时间 = （1-p）*ma + p*页错误时间 ma：内存访问时间
9.3 写时复制
fork():为子进程创建一个父进程地址空间的副本，复制属于父进程的页。但由于许多子进程在创建之后立即执行exec()，所以父进程地址空间的复制可能没有很必要。
exec():
fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程（父进程）几乎完全相同的进程（子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。注意，子进程持有的是上述存储空间的“副本”，这意味着父子进程不共享这些存储空间。linux将复制父进程的地址空间内容给子进程，因此，子进程由了独立的地址空间。），也就是这两个进程做完全相同的事。
在fork后的子进程中使用exec函数族，可以装入和运行其它程序（子进程替换原有进程，和父进程做不同的事）。
exec函数族可以根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段。在执行完后，原调用进程的内容除了进程号外，其它全部被新程序的内容替换了。另外，这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是Linux下任何可执行脚本文件。
写时复制技术：允许父进程与子进程开始时共享同一页面，这些页面被标记为写时复制页，即如果任何一个进程需要对页进行写操作，就创建一个共享页的副本。如图所示：
假设子进程试图修改含有部分栈的页，且操作系统可识别出该页为写时复制页(注意：只有可能修改的页才需要被标记为写时复制，不能修改的页(即包含可执行代码的页)可以为父进程与子进程所共享)，则 OS创建一个该页的副本，将其映射到紫禁城的地址空间内，这样，子进程会修改自己的页，而非父进程的页。
Q：如何选择一个空闲页被分配用于写时复制？
A:OS提供了空闲缓冲池。这些空闲页在进程栈或堆必须扩展时用于分配，或用于管理写时复制页。OS通常采用按需填零的技术分配页。即这些页在分配之前先填零，清除以前内容。
扩展：vfork()?(fork()的变种，虚拟内存fork)
vfork()会将父进程挂起，子进程使用父进程的地址空间。vfork不采用写时复制，若子进程修改父进程地址空间的任何页，则这些修改后的页在父进程重启后可见。
fork()与vfork()的区别：https://blog.csdn.net/ValDC_Morning/article/details/77414826