虚拟内存：计算机系统的内存管理
详情可以参考文章：Linux 虚拟内存。
虚拟内存是什么？
计算机系统管理内存的技术，在应用程序的角度看，应用程序拥有连续可用的内存（一个连续的内存地址空间）。但是实际上会被分隔成多个物理内存碎片，还有部分可能存储在外部磁盘上，在必要的时候进行数据交换。
虚拟内存是操作系统物理内存和进程之间的中间层，为进程隐藏了物理内存。
虚拟内存的好处？
- 为进程提供独立的内存空间，简化程序的链接、加载过程并通过动态库共享内存；
- 控制进程对物理内存的访问，隔离不同进程的访问权限，提高系统的安全性；
- 以内存作为缓存，提高进程访问磁盘的速度。
内存管理
在 64 位的操作系统上，每个进程都会拥有 256 TiB 的内存空间，内核空间和用户空间分别占 128 TiB。因为每个进程的虚拟内存空间是完全独立的，所以它们都可以完整的使用 0x0000000000000000 到 0x00007FFFFFFFFFFF 的全部内存。
虚拟内存被分为用户空间和内核空间两部分：进程在用户态时，只能访问用户空间；进入内核态，才能访问内核空间。我们看一下 32 位地址和 64 位地址空间的分布：
传统 IO 读写过程
初学 Java 时，我们在学习 IO 和 网络编程时，会使用以下代码：
File file = new File("index.html");
RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(file, "rw");
byte[] arr = new byte[(int) file.length()];
raf.read(arr);
Socket socket = new ServerSocket(8080).accept();
socket.getOutputStream().write(arr);
我们会调用 read 方法读取 index.html 的内容—— 变成字节数组，然后调用 write 方法，将 index.html 字节流写到 socket 中，那么，我们调用这两个方法，在 OS 底层发生了什么呢？我这里借鉴了一张其他文章的图片，尝试解释这个过程。
上图中，上半部分表示用户态和内核态的上下文切换。下半部分表示数据复制操作。下面说说他们的步骤：
- read 调用导致用户态到内核态的一次变化，同时，第一次复制开始：DMA（Direct Memory Access，直接内存存取，即不使用 CPU 拷贝数据到内存，而是 DMA 引擎传输数据到内存，用于解放 CPU） 引擎从磁盘读取 index.html 文件，并将数据放入到内核缓冲区。
- 发生第二次数据拷贝，即：将内核缓冲区的数据拷贝到用户缓冲区，同时，发生了一次用内核态到用户态的上下文切换。
- 发生第三次数据拷贝，我们调用 write 方法，系统将用户缓冲区的数据拷贝到 Socket 缓冲区。此时，又发生了一次用户态到内核态的上下文切换。
- 第四次拷贝，数据异步的从 Socket 缓冲区，使用 DMA 引擎拷贝到网络协议引擎。这一段，不需要进行上下文切换。
- write 方法返回，再次从内核态切换到用户态。
mmap 简介
参考 mmap 维基百科，mmap 通过内存映射，将文件映射到内核缓冲区，同时，用户空间可以共享内核空间的数据。这样，在进行网络传输时，就可以减少内核空间到用户空间的拷贝次数。
如上图，user buffer 和 kernel buffer 共享 index.html。如果你想把硬盘的 index.html 传输到网络中，再也不用拷贝到用户空间，再从用户空间拷贝到 Socket 缓冲区。
现在，你只需要从内核缓冲区拷贝到 Socket 缓冲区即可，这将减少一次内存拷贝（从 4 次变成了 3 次），但不减少上下文切换次数。
Java 中的 mmap：MappedByteBuffer
参考文章
GitHub 项目
Java 编程思想-最全思维导图-GitHub 下载链接，需要的小伙伴可以自取~
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