Linux物理地址和虛擬地址

電子設(shè)計(jì)聯(lián)盟

點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體，關(guān)注我們

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。
9 |! @+ Y8 G( n9 ^

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。
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。
/ G- ^& F8 o, P! s) U* t
頁表示例：
" B1 O( V! }4 V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。
$ d' o! `/ c3 ]  ]5 o5 s. M' `4
虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例
" c- o- T. ?- _/ {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)簡單的 C 程序示例，演示如何使用虛擬地址訪問內(nèi)存。
) ^6 b) k8 t- Z' }
" w9 Y8 P5 x% q) s- Y, C, h3 X

#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
" h& V: x0 h2 [' ]) w", (void*)ptr, *ptr);     free(ptr);    return 0;}
5 `- M; ^0 A; a/ S7 U! T2 e& ]) V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。
6 p/ f! A3 [% C! l2 k. j) F- V# w5
物理地址的應(yīng)用實(shí)例
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。
% q' e* g3 X/ F4 o- a  }) }6 V* r& t

#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
6 d& K  p# r: d");        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
");} MODULE_LICENSE("GPL");
" F9 x) A  X) G" d6 X) t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。
" m$ J( o* L4 e- p. ]1 z3 X6

  a4 F+ r3 z0 V( E4 r物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
虛擬地址的優(yōu)點(diǎn)：
% Q5 A0 n! `3 {0 [/ S

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。
; S+ M' q& e/ `
' j' h: {" j' Y/ R3 W物理地址的優(yōu)點(diǎn)：
/ Q+ F7 V% a5 V. r+ [, l

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(dòng)程序中，物理地址通常用于直接訪問硬件資源。

5 L) Q; P& `/ z# k8 a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)核級別的操作。理解這兩個(gè)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。
( B  V" x+ E6 U! }$ w
8 O7 ]* R0 O* v8 s. n/ H
' \0 d: u' H6 U  O6 @點(diǎn)擊閱讀原文，更精彩~