我们知道，进程之间是相互独立的，在操作系统级别中，一个进程所执行的程序无法直接访问另一个进程所执行的内存区域（即实现进程间通信比较困难）；一个进程运行的失败也不会影响其它进程的运行。这使我们的操作系统功能更加稳定。

如何保障进程之间这样的独立性？操作系统采用了“虚拟地址空间”的方式。

一、每个进程都直接访问物理内存的地址会怎样？

物理内存是一块内存条：

内存条上有许多内存颗粒（黑色块状的东西就是内存颗粒），它是内存条最核心的部件，是内存的储存介质。里面有许多的存储单元，类似于“小房间”。每个“小房间”都有编号，即“内存地址”。这时我们假设现在有两个进程，它们分别使用一定的内存资源：

此时，就出现了一个严重的问题：由于进程1和进程2使用的是同一块物理内存，且彼此之间没有约束，那么当进程1代码出现bug（如数组下标越界、野指针等问题时），就可能把进程2内存里的内容也搞坏了。进程1的bug，就很有可能引起进程2也bug。试想你浏览器用着用着，QQ崩了；QQ用着用着，桌面崩了……两个进程之间能直接相互影响，这极大地影响了操作系统整体的稳定性。

因而，虚拟地址空间就是来解决这个麻烦问题的。

二、“虚拟内存空间”是如何解决上述问题的？

现在有进程1和进程2，我们给两个进程分别分配一块虚拟的内存空间。然后，操作系统中提供了一个专门的数据结构：页表，通过页表，实现虚拟地址与实际的物理地址之间的映射。如进程1的虚拟地址空间是 0x00 - 0xff，页表就会将这段虚拟地址空间映射到物理内存上的真实地址 0xaa00 - 0xaaff 。同样的，进程2被分配的虚拟地址也会在页表的映射下对应到真实的物理内存上。

此时，站在这两个进程的角度看，它们的代码中操作的内存地址就是 0x00 - 0xff 这一段。这里访问的内存虽然会被操作系统自动映射到真实的物理内存上，但是进程自身是感知不到实际的物理地址是啥的。如果这时，进程1代码bug （比如数组下标越界，野指针等），就没事了。

因为任何一个内存操作都需要通过页表来“翻译”一下地址。如果出现野指针0x2ff，拿着这个地址去页表上找，发现页表上就没有这个地址！那页表便无法翻译，同时也就无法真正修改物理内存。这样一来，也就不会对别的进程的内存数据造成干扰了。

页表最大的作用就是校验，方便知道当前的虚拟地址是否有效。这样，一个进程崩了，不会对别的进程产生影响；进程之间无法直接干预，操作系统的稳定性也就上来了。

三、简述进程间通信的实现

有的情况下，我们需要进程之间能进行交互，相互配合。

但正如上面提到的，如果每个进程可以直接访问物理内存也即进程间没有隔离性，也就不需要进程间通信。进程1直接把算好的结果写到进程2的内存里就行。

但进程之间是有隔离性的。所谓进程间通信，就是在进程间隔离性的前提下，找一个公共的区域，让两个进程借助这个区域来完成数据交换。

这就好像疫情期间封小区，外面的人进不来，小区里的人也出不去（隔离性）。这时，如果小区里的人要买菜，就让小区外头送菜的人把菜放在保安亭，然后自己也去保安亭拿菜。那此时，这个保安亭就是公共空间，它帮助我们小区里被隔离的人和小区外的人实现了“通信”。

这可以理解为，所谓“公共空间”，就是在进程隔离性的情况下，作出了一些小小的妥协。

操作系统提供的实现进程间通信的方式有很多种，如管道、消息队列、共享内存、信号等等。由于编程语言的特点，C++对这部分的研究会比Java更加细致。因为在Java圈子中，并不是很鼓励多进程编程。Java更多地使用文件和socket这两种方式来完成进程间的通信。

在多线程与多进程编程都能满足并发编程的需求的前提下，Java也更鼓励多线程编程。