Linux物理地址和虛擬地址

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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。
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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。
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。

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。
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虛擬地址的應(yīng)用實例
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。
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#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;}
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。
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% `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。

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#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
");        return -ENOMEM;    }     paddr = virt_to_phys(vaddr);    printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
", 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。
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" 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：

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。

- ^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。

- 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。


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