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2024-9-16 09:47 上傳
6 A1 V% @8 e1 D+ w& e點擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們
' v" ~# V; u* N0 Q+ Q$ ?$ h6 E7 d3 i
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(jìn)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& B1 N$ L6 t
5 l3 e; }+ t+ r( z+ Y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。 z5 i0 Z/ q% ~- H# A: F. ]$ v
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。; T% C8 Z' w, j2 r, t( [
- [5 v, B$ u, ?6 E S6 i' Q
頁表示例:
" L/ q6 j, Y% E) w2 [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。 p5 j1 F5 V0 ^
4" N1 C$ b+ ~( `8 ~
虛擬地址的應(yīng)用實例 k+ K; l- p; J1 w
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。
9 V5 L. _& b$ h6 e) W* ~0 p: M/ e8 {
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!
2 R1 |: s. p* i- }"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d
6 z* Q* A# `9 o: _", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}8 u! [) k" ?$ [5 Z- q" ^
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。
- e2 C3 [1 d4 s. D5
% `9 Q$ f" T* {% {5 `物理地址的應(yīng)用實例
' S; K) m9 p0 E6 D. K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。, @4 u2 {9 K& Q2 }+ R
: s$ U" ?* N2 W; D5 @#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" w4 s4 L8 }4 |- G9 g
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx1 T7 u4 h/ b! i) I9 A1 k) T! L
", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載
5 k- S) |& h! Y5 b# E! A");} MODULE_LICENSE("GPL");
2 S8 e) }8 W' C; U7 y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。
' W& e) W. `$ ?6' S* \6 f5 Q2 N
" Y7 f$ Q9 A; `# w3 r a0 q物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
2 ^% K% i/ ?/ v; S/ p( R4 p虛擬地址的優(yōu)點:! B1 l9 n' w: K' J
每個進(jìn)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。1 D# J& S. h8 m; f4 O
- ^8 \" g" F9 Q: _ o. a( S3 N物理地址的優(yōu)點:
+ k+ g7 W7 h# B+ p) g7 @' b: j/ N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。, A$ C4 D1 R5 _$ o
- v- K; ^; [5 _2 G7 d4 s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(jìn)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。6 a$ e4 a( W0 T j
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