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2024-9-15 09:49 上傳
& c& G# f# D7 O6 M' w點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們" H! r- E' n5 h$ E; w3 k v
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。1 x: Z" r/ i$ a8 B1 ~. }( G, ^! Z5 F
/ h' e& ^3 v0 l8 s! X# c/ c6 m& A8 V
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。2 H& b$ R3 b6 ^/ ?) K
8 K% h. U* j5 m8 J+ W7 a
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; S. A) ~0 Z) n& P
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 ?" Y& g- W, ~& D g
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!- _( N" e6 A o5 n1 J+ ]
"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d% e& C, ?8 N% l7 q
", (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。9 A, N9 k5 z' W' r
5
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' \1 p# ~$ m% X5 l6 _4 s' N
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx! @2 {5 _7 [& ]! N
", 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( r8 t$ |* F- o5 L0 n* w
% I' Z' X# Y& F0 g( q
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):- t+ s1 U6 h4 k6 G) Q2 E2 q
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。0 f4 y' y- c1 r0 X+ f* K
+ ^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。3 f2 O# _% n8 \7 T1 r- ?
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