Linux物理地址和虛擬地址

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: N, C6 V' l/ s) U8 U+ qMMU 通過頁表將虛擬地址轉換為物理地址，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。
6 k5 {) ~5 d+ V- Q+ m
+ q0 W2 L* {' i9 q# v. Q

頁 (Page): 虛擬內存和物理內存被劃分為相同大小的塊，稱為頁。
- `: {4 Z( y) K- _) G常見的頁大小為 4 KB。

頁表 (Page Table): 頁表是一個數據結構，存儲了虛擬地址與物理地址的映射。
  E) A+ d- M% Q# d
' q+ \4 B1 u6 o5 v4 v  l  `0 C頁表示例：
假設有一個虛擬地址 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，應用程序只需要處理虛擬地址，操作系統(tǒng)和硬件負責完成地址轉換。
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! S8 g% I0 z( Q  a9 y, E虛擬地址的應用實例
8 c. T9 O7 @& W+ x$ D( o在應用程序中，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存。

2 g1 y) ~5 u2 b! U9 l+ n/ `5 ?, F* c

#include #include  int main() {    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));    if (ptr == NULL) {        fprintf(stderr, "內存分配失��！
  a5 D* C( a! A& z");        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() 函數分配了一塊內存，并返回該內存塊的虛擬地址。該地址在程序的虛擬地址空間中有效，指向一個內存位置。通過打印指針 ptr 的值，可以看到虛擬地址。
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$ w6 R: \' G) x( |物理地址的應用實例
' F; j0 H& |; P8 [$ @物理地址的直接使用通常僅限于操作系統(tǒng)內核或驅動程序開發(fā)。在內核編程中，開發(fā)人員可以通過一些內核 API 來獲取物理地址。例如，通過 virt_to_phys() 函數可以將虛擬地址轉換為物理地址。
8 b# T# h/ ^; v' o$ W) K4 w* b9 g
: d: a; N; \: j( a' z% I" v

#include #include #include  int init_module(void) {    void *vaddr;    unsigned long paddr;     vaddr = kmalloc(4096, GFP_KERNEL);    if (!vaddr) {        printk("內存分配失敗
' Z0 \  Y, J1 ?1 g4 o");        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
% _* B7 t- J. X0 p, I");} MODULE_LICENSE("GPL");
這個內核模塊分配了一塊內存，并將其虛擬地址轉換為物理地址。virt_to_phys() 函數只在內核態(tài)有效，用戶態(tài)程序無法直接調用。
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2 [0 g" S( _1 K) v
8 ?$ c# ^* ~7 B( |物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
" ~, p' a. N0 h( G3 k虛擬地址的優(yōu)點：

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存，通過交換技術（paging），虛擬內存可以被分配給更大的地址空間。
% E& _9 K) D- A. d; ~
物理地址的優(yōu)點：
3 K2 p5 f7 B* ^% Y

直接對應物理內存，訪問速度快，無需經過地址轉換。

在操作系統(tǒng)內核和驅動程序中，物理地址通常用于直接訪問硬件資源。

1 c) \) u3 v0 y( v( V3 @  i7 o物理地址和虛擬地址是 Linux 系統(tǒng)內存管理的重要概念。虛擬地址提供了更靈活和安全的內存管理方式，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存位置，通常用于內核級別的操作。理解這兩個概念及其應用，對于系統(tǒng)編程和操作系統(tǒng)的深入理解非常關鍵。
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