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。
) Z2 r0 J6 p* ~& Z* B+ w- V% k

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。
6 U8 A0 z6 j& c  l( b1 j3 U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：
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)和硬件負責完成地址轉(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。

# ^  A1 m! [4 L6 p# C+ }

#include #include  int main() {    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));    if (ptr == NULL) {        fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失敗！
");        return 1;    }     *ptr = 42;    printf("虛擬地址: %p, 值: %d
", (void*)ptr, *ptr);     free(ptr);    return 0;}
; ~( j  i* h5 h% W+ D& T- t* T3 d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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' e" u0 P: M4 g物理地址的應(yīng)用實例
$ C7 y/ d6 t8 h% K1 A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。
5 E5 M7 i; I2 H6 z2 {$ \5 B: ]
" B, ]  ^0 D  P/ `! b5 q4 l# x$ q

#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
- j$ \8 F8 u* F+ B9 [: I");        return -ENOMEM;    }     paddr = virt_to_phys(vaddr);    printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
( O( B, p8 @; A", vaddr, paddr);     kfree(vaddr);    return 0;} void cleanup_module(void) {    printk("模塊卸載
");} MODULE_LICENSE("GPL");
( n" F9 d3 K+ u8 p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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: {$ m3 P* r6 B4 Z, N7 `
物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
* e5 [0 e9 U; z/ {4 v8 a虛擬地址的優(yōu)點：
/ N, N- w2 c) M& H6 o' l

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(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 M* P6 O5 n4 K4 B! l& `* d, Z. y
. e9 n/ m* [6 T$ Y0 u物理地址的優(yōu)點：

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。

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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