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2024-9-18 09:46 上傳
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點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們/ N# y3 [' H- R. x) ^9 n( ]; |
: J4 n+ v, S( W! L- a3 s: t
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 ^% d" Y: M) R) y) w& r
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。3 o5 o+ f' o( u: c8 h
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. w5 }) O7 n7 u
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' `43 J5 C" j9 b6 C$ b" R( T4 t, S
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!, O# f7 y5 e6 C
"); 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, W* e% o6 [0 Y% ^* p6 T. w
物理地址的應(yīng)用實(shí)例, L, L) a7 ~+ Z/ x7 k$ S: 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(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% n5 D) ^1 C! G, E
#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: %lx9 J: B; K& Y$ ?0 F' M6 z2 O, y
", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載+ A9 f' D1 c/ P( p
");} 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 w2 q7 n: d. T! P0 n$ s' }
a4 F+ r3 z0 V( E4 r物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)- _' Z! U6 l1 e/ i: z) b5 p
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。1 [' ?; y: Y5 q8 ~/ z
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。
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