Linux物理地址和虛擬地址

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  f: H! e1 s! _+ \MMU 通過頁(yè)表將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址，頁(yè)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。

頁(yè) (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(yè)。
( K6 N7 X, C7 E8 E: P- m常見的頁(yè)大小為 4 KB。

頁(yè)表 (Page Table): 頁(yè)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。

頁(yè)表示例：
! B! x* |- I+ t/ i9 X, m假設(shè)有一個(gè)虛擬地址 0xB8000000，通過頁(yè)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。
$ H! y: G( L% R8 E5 i4
2 M+ t6 m1 z/ O$ f; }虛擬地址的應(yīng)用實(shí)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(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。
* H8 `! f7 t$ J8 ?

#include #include  int main() {    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));    if (ptr == NULL) {        fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失��！
");        return 1;    }     *ptr = 42;    printf("虛擬地址: %p, 值: %d
", (void*)ptr, *ptr);     free(ptr);    return 0;}
) \2 |8 j$ F: B' U( j; X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。
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1 q( }1 W1 W6 |& F3 }7 _2 F% }物理地址的應(yīng)用實(shí)例
7 n$ E6 C( a# 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。
( o% \/ [1 F+ \6 `0 Z
- i/ P, D4 a0 u

#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
");        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
6 P$ j6 J/ S# m! r" U, k; l  k. `; D");} MODULE_LICENSE("GPL");
) e# Q* p; q) Z' t5 r) T  B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。
* |- t% I& u! ^: ~( E7 a6

物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
3 q7 @6 Y+ L$ O* L- V: ]& F" U虛擬地址的優(yōu)點(diǎn)：

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。

+ ^6 ]1 W# a+ U物理地址的優(yōu)點(diǎn)：
  ]; Z; K& l! b$ M

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。
* D6 ]4 G0 m2 u  r0 {! s8 v7 T5 m
; D1 p+ B; C0 C% d0 _# 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(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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