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點(diǎn)擊上方藍(lán)色字體,關(guān)注我們5 _7 o# ^2 Y; p+ b# \5 ~: s
' e. i9 Q* y! p: N& @2 A- x: M5 H6 VMMU 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。
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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)。9 h# ?: i% J( Z' p
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。
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# z9 b6 ]; K- X$ P頁(yè)表示例:! g) z* |: K" B; o; ~5 `4 J
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。
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/ V7 M! A, x& w/ d# N c3 {虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例# B* _; i6 ]) ^$ [9 L& 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。
9 W/ p1 q2 m! s3 W% L9 ]# q6 w& D2 V) o7 }" S7 q
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失敗!
# J9 i8 S& U# ?7 b7 f& b& l7 J1 L"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d
9 i% e% S9 E! k7 _2 p2 h) B", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}( ~4 S0 M' `9 E: M
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。
( w! W. Z( ?& T$ S5
8 S* N# g! G" w: M# G5 `! T物理地址的應(yīng)用實(shí)例
3 y8 z/ M+ ]7 q/ S8 |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。5 z: s( W: [$ _5 \6 ?! @
+ w# X3 R# h9 F( f" R$ v" o
#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
$ b0 C( M2 \# k7 d"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
0 _7 G; ~9 K% E( I$ B i", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載4 t4 |% k+ {9 @% L0 U& h. ^
");} MODULE_LICENSE("GPL");
4 b! P% \: y5 }! \$ w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。
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) F9 I5 G7 {; b+ q! N9 `, f2 K8 q+ b( q/ x2 |
物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
8 ~* a) }8 X: }0 O2 m0 ]虛擬地址的優(yōu)點(diǎn):/ q! B- x1 }% ^9 S# p, d: x+ }9 ?
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。
' P! Z1 G; _5 _3 O5 K2 h; c& g: w$ h( \9 w/ I+ u, C/ R F! Z4 S
物理地址的優(yōu)點(diǎn):- Z' X# N2 J8 G/ u& B' P
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。
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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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