Linux物理地址和虛擬地址

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$ N3 p" [8 [$ V2 l; v! bMMU 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。

  s0 \2 m9 O4 P8 ]! E) }1 t

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。
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)，存儲了虛擬地址與物理地址的映射。

: }0 J6 w9 {" V: |8 F6 |3 Z4 O頁表示例：
9 r0 f. `+ B6 ~  e7 E9 D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。
, q0 C# U: s0 v; j) ^7 h4 J4
: d- Z' m( N( N  ?8 v+ ^虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例
0 ~" I4 @& d+ b& q% }# V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。

#include #include  int main() {    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));    if (ptr == NULL) {        fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失��！
# ]  V0 d$ @, z: ]6 J+ H% b");        return 1;    }     *ptr = 42;    printf("虛擬地址: %p, 值: %d
", (void*)ptr, *ptr);     free(ptr);    return 0;}
& I8 o9 P6 f* P+ S: |+ `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。
, O6 ~1 [. r. \+ R7 I3 P6 T4 v5
0 ]/ i3 d* e1 L; |8 Z物理地址的應(yīng)用實(shí)例
0 ]+ r7 l8 w" N1 `1 B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。

. ~6 n: c6 a/ A( d

#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
4 [) ?( F2 s- f! q# |5 @3 w");        return -ENOMEM;    }     paddr = virt_to_phys(vaddr);    printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
# V, f( M* A( O6 \", vaddr, paddr);     kfree(vaddr);    return 0;} void cleanup_module(void) {    printk("模塊卸載
");} MODULE_LICENSE("GPL");
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。
6

+ H1 f5 }- p# d' c" `# a* F物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
  S/ H7 }* Q6 _2 k虛擬地址的優(yōu)點(diǎn)：
7 A) y, A4 g  v

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。

物理地址的優(yōu)點(diǎn)：

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。
1 ?+ L7 D) ]7 G* F: m% h
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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