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: i: x/ @% \! `
, U- G) | f t0 C, ?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(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。8 W* C: \& J' k/ R& ?: {
8 @" W+ W2 z r& R3 [
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。
% i2 X" P# }4 ?3 N$ E' ?& D常見的頁大小為 4 KB。頁表 (Page Table): 頁表是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)了虛擬地址與物理地址的映射。
" k0 Y7 @" g" n. h, \! j/ t
: K8 L; U: M- L$ f! S( C. K頁表示例:$ o1 X, [: m) n. ^2 a7 }- _4 ?1 `
假設(shè)有一個(gè)虛擬地址 0xB8000000,通過頁表,它可能被映射到物理地址 0x12000000。這個(gè)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。
& i5 Z4 O7 p1 c1 l: N( t0 |4
, Q8 f% E1 q* S0 o8 P8 j虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例
# [ V; f7 W6 y0 H$ H2 g k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(gè)簡(jiǎn)單的 C 程序示例,演示如何使用虛擬地址訪問內(nèi)存。
" I! ~1 `. y `. f1 F% R, p' e a: u3 `
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失。9 ]. N% Z8 X; ] W& U2 j \
"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d+ s& P6 R9 T0 K" e3 s9 [( h
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}
_/ w$ d Y% ^4 H8 Z在這個(gè)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(gè)內(nèi)存位置。通過打印指針 ptr 的值,可以看到虛擬地址。
, G, G/ [1 L; u: g! c5* \5 L% `- ?) ?+ g- e& X3 p- m
物理地址的應(yīng)用實(shí)例
% t/ @- w$ C9 @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(dòng)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。- B. H: i1 H2 c' m
* h& Y$ y1 N4 V" I
#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
* f5 Y! o1 B- @" j) _& k# [9 O+ h0 M- S"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx w8 H6 |$ \; T [3 T
", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載
. _ j- }1 V$ x+ r9 e");} MODULE_LICENSE("GPL");
; G' m: M( p* A9 T W3 R: _這個(gè)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。9 w% ^4 Q, U y2 z) }: A
63 _; S( v, K$ }$ I" \* h3 Q! Z
) d7 s* [) y7 [0 \. Y3 k物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
; j" s- Z1 i% L9 d+ x虛擬地址的優(yōu)點(diǎn):/ V0 H4 y9 M: @( L* g2 d
每個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)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(shí)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。
# F! v2 [' R8 _; e( I5 [: u$ {8 i& U0 a# }/ |9 Z4 M3 n
物理地址的優(yōu)點(diǎn):0 m0 Y9 s5 y# m7 t1 D8 i8 r
直接對(duì)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(dòng)程序中,物理地址通常用于直接訪問硬件資源。
0 j$ F/ V9 v8 k1 A) W2 J* U: [9 ]& a F3 ^' U ~5 _
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(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立的地址空間。而物理地址則直接映射到實(shí)際的內(nèi)存位置,通常用于內(nèi)核級(jí)別的操作。理解這兩個(gè)概念及其應(yīng)用,對(duì)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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