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8 e. L( l( O3 a/ `- `" f; VMMU 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。
7 h3 c) a4 t; o" X$ e* U' n0 ^+ d7 d8 n/ B/ Z! t/ ?
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。
& A* l7 _7 J4 L( q: t% D" q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。
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頁表示例:- f% W, }! c/ c; U- W
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。- q: z+ k' @* Y. w$ J! s- C9 x. s
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虛擬地址的應(yīng)用實例
3 _& e+ ~1 M p( t7 S7 Q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。
G& C- q; n; c9 `0 [
: j$ A' D( u, A& u! v% b#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!
0 ?" B& c( f' B4 j/ ^- g2 ^"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d- C% I* ?& _; k1 h0 G( [
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}4 Y" j# C S9 [
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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物理地址的應(yīng)用實例
" m+ ~3 o0 [" E+ S& m+ n, l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。/ ~/ I# ]9 K5 F, |0 _
! t+ c5 C3 M( X7 e2 O4 K% l& 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1 I5 V6 n0 Q7 l e
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
" a: S$ |! y* J7 g", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載
; O. I" a7 o4 a) U% r");} MODULE_LICENSE("GPL");. ^) j. b- f% \% ]
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。 U9 A9 f! K: n3 ~) W( A; U+ B; U9 s# C
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! p2 H- i. N. i! G: \6 i% I$ \物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
. b" h. C. |. ?6 ]( o I" |0 ^虛擬地址的優(yōu)點:! c7 s2 m' S. p1 s) Y; a' N+ l8 y
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。$ C( t4 q) l- E% z
% N7 Y3 `. Z9 k! y3 m7 }物理地址的優(yōu)點:
2 l( _( w* b: G* h3 z X3 d; P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。' a5 J- Y+ E) h! h) M- e/ X9 D* D# Y
. _3 E1 T. ]1 Y8 @5 ` q) \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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