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4 g o# K8 ^' ]$ D4 |MMU 通過頁表將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址,頁表保存了虛擬地址到物理地址的映射信息。不同的進程可以有相同的虛擬地址,但它們映射到的物理地址可能不同。
" S: G* t. T8 A" N: h" M, e7 ]. M, H
頁 (Page): 虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存被劃分為相同大小的塊,稱為頁。6 |' c+ `% U: d! `& b
常見的頁大小為 4 KB。頁表 (Page Table): 頁表是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲了虛擬地址與物理地址的映射。9 j& Z4 N" g, U% A3 F5 ?# C
. q1 v, x: y: r0 g E+ c0 s' m
頁表示例:8 y6 A: q! F m, s$ k b* l+ i
假設(shè)有一個虛擬地址 0xB8000000,通過頁表,它可能被映射到物理地址 0x12000000。這個過程是透明的,應(yīng)用程序只需要處理虛擬地址,操作系統(tǒng)和硬件負(fù)責(zé)完成地址轉(zhuǎn)換。' t4 R+ o" F1 u
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: t' |- A* I5 e2 Q; X虛擬地址的應(yīng)用實例
2 v9 H1 b. T2 q) C: A/ j4 \+ z在應(yīng)用程序中,開發(fā)人員通常只與虛擬地址打交道。以下是一個簡單的 C 程序示例,演示如何使用虛擬地址訪問內(nèi)存。7 w% X" ^. F! v
% O6 @/ @+ A2 M( \3 c( \
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失。
/ J$ w' z% U( z( c) g"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d. e. Y7 i! C S( l0 S: | N6 }
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}7 s3 |* m+ {$ K; G' ^) x
在這個示例中,malloc() 函數(shù)分配了一塊內(nèi)存,并返回該內(nèi)存塊的虛擬地址。該地址在程序的虛擬地址空間中有效,指向一個內(nèi)存位置。通過打印指針 ptr 的值,可以看到虛擬地址。: R! {+ ~1 R$ l
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, a& `! p1 I% E) K& h* M* @物理地址的應(yīng)用實例
; B& f7 @2 w2 ~2 u5 }4 B1 F物理地址的直接使用通常僅限于操作系統(tǒng)內(nèi)核或驅(qū)動程序開發(fā)。在內(nèi)核編程中,開發(fā)人員可以通過一些內(nèi)核 API 來獲取物理地址。例如,通過 virt_to_phys() 函數(shù)可以將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。
5 t |, e6 P6 [/ ?8 Z4 b" d" W) s% T. u( f& Y) T* v& ^
#include #include #include int init_module(void) { void *vaddr; unsigned long paddr; vaddr = kmalloc(4096, GFP_KERNEL); if (!vaddr) { printk("內(nèi)存分配失敗
5 N+ v/ R! V# e0 J5 K% ]& n" R"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
, P( D4 V/ ]! V7 L", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載# T+ P8 A+ g; Q
");} MODULE_LICENSE("GPL");) f% w9 A9 y, Z* h5 P7 p' G
這個內(nèi)核模塊分配了一塊內(nèi)存,并將其虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。virt_to_phys() 函數(shù)只在內(nèi)核態(tài)有效,用戶態(tài)程序無法直接調(diào)用。
( Z2 H* w9 Q1 c- r" N1 ]! R C6
4 s' g9 m- J+ r7 q, |- [* `( ]6 j9 L
物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點! g# x( K+ O1 i8 f6 f; Y
虛擬地址的優(yōu)點:/ l' D7 @5 [. C% I# \4 h5 E
每個進程擁有獨立的虛擬地址空間,提高了安全性和穩(wěn)定性。虛擬地址空間可以大于實際物理內(nèi)存,通過交換技術(shù)(paging),虛擬內(nèi)存可以被分配給更大的地址空間。3 e' [/ O5 c2 U2 F7 \
7 P# k- x3 n/ w1 L6 s
物理地址的優(yōu)點:5 f( P T5 ]' q( `
直接對應(yīng)物理內(nèi)存,訪問速度快,無需經(jīng)過地址轉(zhuǎn)換。在操作系統(tǒng)內(nèi)核和驅(qū)動程序中,物理地址通常用于直接訪問硬件資源。3 O; S! a: ^% ]% f. c
2 z1 ^: T5 M; d8 D物理地址和虛擬地址是 Linux 系統(tǒng)內(nèi)存管理的重要概念。虛擬地址提供了更靈活和安全的內(nèi)存管理方式,使得每個進程擁有獨立的地址空間。而物理地址則直接映射到實際的內(nèi)存位置,通常用于內(nèi)核級別的操作。理解這兩個概念及其應(yīng)用,對于系統(tǒng)編程和操作系統(tǒng)的深入理解非常關(guān)鍵。+ u! A% ]: D" h) j5 O5 i
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