4.4 在 4GB 物理内存的机器上，申请 8G 内存会怎么样？

操作系统虚拟内存大小

应用程序通过 malloc 函数申请内存的时候，实际上申请的是虚拟内存，此时并不会分配物理内存。

当应用程序读写了这块虚拟内存，CPU 就会去访问这个虚拟内存，这时会发现这个虚拟内存没有映射到物理内存，CPU 就会产生缺页中断，进程会从用户态切换到内核态，并将缺页中断交给内核的 Page Fault Handler（缺页中断函数）处理。

缺页中断处理函数会看是否有空闲的物理内存：

如果有，就直接分配物理内存，并建立虚拟内存与物理内存之间的映射关系。
如果没有空闲的物理内存，那么内核就会开始进行回收内存的工作，如果回收内存工作结束后，空闲的物理内存仍然无法满足此次物理内存的申请，那么内核就会放最后的大招了触发 OOM（Out of Memory）机制。

因为 32 位操作系统，进程最多只能申请 3 GB 大小的虚拟内存空间，所以进程申请 8GB 内存的话，在申请虚拟内存阶段就会失败（我手上没有 32 位操作系统测试，我估计失败的错误是 cannot allocate memory，也就是无法申请内存失败）。

64 位操作系统，进程可以使用 128 TB 大小的虚拟内存空间，所以进程申请 8GB 内存是没问题的，因为进程申请内存是申请虚拟内存，只要不读写这个虚拟内存，操作系统就不会分配物理内存。

但是 Linux 中的 overcommit_memory 参数需要设置好，可以使用 cat /proc/sys/vm/overcommit_memory 来查看这个参数，这个参数接受三个值：

如果值为 0（默认值），代表：Heuristic overcommit handling，它允许 overcommit，但过于明目张胆的 overcommit 会被拒绝，比如 malloc 一次性申请的内存大小就超过了系统总内存。Heuristic 的意思是“试探式的”，内核利用某种算法猜测你的内存申请是否合理，大概可以理解为单次申请不能超过 free memory + free swap + pagecache 的大小 + SLAB 中可回收的部分，超过了就会拒绝 overcommit。
- 不过不同的版本检测方式不同
如果值为 1，代表：Always overcommit. 允许 overcommit，对内存申请来者不拒。
如果值为 2，代表：Don’t overcommit. 禁止 overcommit。

那么将这个 overcommit_memory 设置为 1 之后，64 位的主机就可以申请接近 128T 虚拟内存了吗？

那得看你的主机的「物理内存」够不够大了，即使 malloc 申请的是虚拟内存，只要不去访问就不会映射到物理内存，但是申请虚拟内存的过程中，还是使用到了物理内存（比如内核保存虚拟内存的数据结构，也是占用物理内存的），如果你的主机是只有 2GB 的物理内存的话，大概率会触发 OOM。

那么 2GB 的物理内存的 64 位操作系统，就不能申请 128T 的虚拟内存了吗？

其实可以，上面的情况是还没开启 swap 的情况。

实际上我们是不可能申请完整个 128T 的用户空间的，因为程序运行本身也需要申请虚拟空间

当系统的物理内存不够用的时候，就需要将物理内存中的一部分空间释放出来，以供当前运行的程序使用。那些被释放的空间可能来自一些很长时间没有什么操作的程序，这些被释放的空间会被临时保存到磁盘，等到那些程序要运行时，再从磁盘中恢复保存的数据到内存中。

另外，当内存使用存在压力的时候，会开始触发内存回收行为，会把这些不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可以了。

这种，将内存数据换出磁盘，又从磁盘中恢复数据到内存的过程，就是 Swap 机制负责的。

Swap 就是把一块磁盘空间或者本地文件，当成内存来使用，它包含换出和换入两个过程：

使用 Swap 机制优点是，应用程序实际可以使用的内存空间将远远超过系统的物理内存。由于硬盘空间的价格远比内存要低，因此这种方式无疑是经济实惠的。当然，频繁地读写硬盘，会显著降低操作系统的运行速率，这也是 Swap 的弊端。

Linux 中的 Swap 机制会在内存不足和内存闲置的场景下触发：

Linux 提供了两种不同的方法启用 Swap，分别是 Swap 分区（Swap Partition）和 Swap 文件（Swapfile）

Swap 换入换出的是什么类型的内存？

内核缓存的文件数据，因为都有对应的磁盘文件，所以在回收文件数据的时候，直接写回到对应的文件就可以了。

但是像进程的堆、栈数据等，它们是没有实际载体，这部分内存被称为匿名页。而且这部分内存很可能还要再次被访问，所以不能直接释放内存，于是就需要有一个能保存匿名页的磁盘载体，这个载体就是 Swap 分区。

匿名页回收的方式是通过 Linux 的 Swap 机制，Swap 会把不常访问的内存先写到磁盘中，然后释放这些内存，给其他更需要的进程使用。再次访问这些内存时，重新从磁盘读入内存就可以了。