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2024-9-18 09:46 上傳
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' M5 I5 U# C' n$ Z2 E' k6 Z
7 q; y0 k% P/ T# `+ hMMU 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。
* }3 r5 {) ]( T3 s% a* C: v: T/ c4 n- v+ \
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。
: d; m( @4 ]# Z- L9 q& G* q; U( B常見的頁大小為 4 KB。頁表 (Page Table): 頁表是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲了虛擬地址與物理地址的映射。- p" s. B$ K* k" V$ X
4 M9 E$ g6 } v9 |! R1 `9 C頁表示例:
$ q. b, g x( y6 Q4 q假設(shè)有一個虛擬地址 0xB8000000,通過頁表,它可能被映射到物理地址 0x12000000。這個過程是透明的,應(yīng)用程序只需要處理虛擬地址,操作系統(tǒng)和硬件負責完成地址轉(zhuǎn)換。
2 ^$ P5 y- J) b- n/ N4+ p# h$ H' ~) w4 v4 G, e
虛擬地址的應(yīng)用實例
! H1 u1 C! R0 d, `6 l1 E m在應(yīng)用程序中,開發(fā)人員通常只與虛擬地址打交道。以下是一個簡單的 C 程序示例,演示如何使用虛擬地址訪問內(nèi)存。
- a3 q/ }+ i8 m+ s) x0 w; b: f! \2 Y% l9 m! [
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!
1 ?) M: @0 Y4 J8 c6 s% c"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d* V+ F" F' M8 I! b
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}7 @5 e; \4 p! E/ s* {% E8 N/ z& n
在這個示例中,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,指向一個內(nèi)存位置。通過打印指針 ptr 的值,可以看到虛擬地址。 w4 t# @/ G" T' c
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物理地址的應(yīng)用實例
6 z. H0 m; z8 B9 R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。
9 p$ [' O' Y( a) `1 R' }" e3 y' G1 t; a; Q+ n% f
#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
" p) K7 j" O* ]"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
2 d. M% `! m, r% ^. E", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載
% \4 e, l! D/ ]0 F# l");} MODULE_LICENSE("GPL");
# z: z; H1 ^1 U$ m' ^這個內(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。
5 E* j9 ?0 @/ t8 c4 ]% k! j9 y! \$ k66 S% N: W4 t9 E' j W; j8 J
! s2 {3 d# y: U物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
9 i0 X, C1 ]: H. X3 A虛擬地址的優(yōu)點:
5 F) ]3 k4 k, _$ n9 D V6 m/ X每個進程擁有獨立的虛擬地址空間,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。
# r- H0 V( S5 z! s) _% m+ \' L" L8 m7 N9 A1 {
物理地址的優(yōu)點:/ V/ G2 G0 S Y9 C) z, [8 b |
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)動程序中,物理地址通常用于直接訪問硬件資源。
* t9 Z, ?" V$ O2 ?# W7 E9 ]8 D' Z! n* V5 j' z4 E2 u7 D
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,使得每個進程擁有獨立的地址空間。而物理地址則直接映射到實際的內(nèi)存位置,通常用于內(nèi)核級別的操作。理解這兩個概念及其應(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。 z% a$ I6 R6 v( G4 [+ Z2 c6 U3 P
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