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9 Q( }3 i+ h5 d2 n( e$ R& j
. J; Q9 _5 |( s4 NMMU 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。8 T* z$ ?7 a: h5 h- O ?
' ] x7 s% F6 i Q' W1 T$ C/ I
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。
7 L1 j" [! h, s7 c( B5 G$ D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。- Y$ y9 @. Q' ^7 p, D+ t7 T
" h8 o8 h" l) a& @+ ~5 @
頁表示例:
* A: H& I7 D6 p% J9 `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(zé)完成地址轉(zhuǎn)換。1 h# V' i# W" `, F
41 z1 I+ [1 g, c+ O" n' c0 e( u6 A
虛擬地址的應(yīng)用實例8 P' ?1 Y, z: b
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。
9 i( }0 k* K+ L$ J# R
! X. P1 n8 q5 L" j2 h/ J#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!
2 t' b7 n7 p3 E9 S"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d6 J( e/ A4 q. J; j! T
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}
. v3 l8 s( l- G, z2 d& R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。: m' g3 R2 a& j5 D! u8 ]
5+ Z" L4 A! |$ c3 h& \/ z0 T _
物理地址的應(yīng)用實例1 U+ }* D% Y* }3 N6 m" M1 e
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。
$ s2 V( g8 I. [- Q* A/ ]& j! b/ V/ i( C' j. p3 m
#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2 W8 _$ m9 p* k) c
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx8 @- w: d; v5 a+ B |1 \
", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載( k! K) m0 q3 ?. P j7 i" i. t
");} MODULE_LICENSE("GPL");
* o0 s4 Q" _1 g. S$ 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。
) i! H: P# s9 n& A/ A6
" z; p7 |/ F9 d [/ [3 j3 e ]# s) ~4 d0 E2 }5 R1 e( K, {
物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點0 }. `& Q$ a" w% o7 n
虛擬地址的優(yōu)點:
- I: E% M' g1 q. T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。9 R9 g- S: L7 j
3 D6 m7 }2 _, t. O4 e6 g1 N% k物理地址的優(yōu)點:
+ @8 I+ p, N& E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。, X7 P/ D5 Z( _
% W4 G3 M7 u5 W* |- j1 g2 m- F! b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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