Linux物理地址和虛擬地址

電子設(shè)計聯(lián)盟

8 i7 u2 S: |& N$ L% w: k# m點擊上方藍(lán)色字體，關(guān)注我們
4 p. B7 y# v' Q4 N
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 ^

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。
/ T" h- w  y8 N* e# j
頁表示例：
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。
4
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
", (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。
  r0 \  n  |: ]5
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。

! 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
");        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");
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。
6

! 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：

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。

% 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。

. _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。
6 ~+ s+ Y8 z3 o+ Y6 S0 _! b
( M( ?2 x4 l) \: s) N  H' h
點擊閱讀原文，更精彩~