Linux物理地址和虛擬地址

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! Z! [# m3 a' ?8 r% C- O$ m
! k# z6 E1 B- b6 i+ L! H) ~: aMMU 通過(guò)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)。
2 i5 N, I# L9 U) N' B0 P( _常見(jiàn)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。
+ Y1 E) j5 l" \. G& k  Y# i; e
頁(yè)表示例：
假設(shè)有一個(gè)虛擬地址 0xB8000000，通過(guò)頁(yè)表，它可能被映射到物理地址 0x12000000。這個(gè)過(guò)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。
4
虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例
在應(yīng)用程序中，開(kāi)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(wèn)內(nèi)存。
5 ^; a; H" i% T$ x3 E
0 E9 K4 A4 Y2 \9 v4 Z( p* ~# X8 c) n

#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;}
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(guò)打印指針 ptr 的值，可以看到虛擬地址。
( n6 ~1 r9 Y; B2 m4 r$ [& Q* \/ ^5
物理地址的應(yīng)用實(shí)例
2 |1 ~) t) u: \- [- r# g+ m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(kāi)發(fā)。在內(nèi)核編程中，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)一些內(nèi)核 API 來(lái)獲取物理地址。例如，通過(guò) virt_to_phys() 函數(shù)可以將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。

! @* ]/ C" ?4 M3 Y

#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
1 m% _/ [" L5 {0 J7 \( n' H", 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(wú)法直接調(diào)用。
: I( F* ~6 s5 }, R& N, l6
$ V5 e$ ]! i' s" }
% `. Z, `+ |& ]" R7 {* y物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
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(guò)交換技術(shù)（paging），虛擬內(nèi)存可以被分配給更大的地址空間。
  {- o% g6 x" U( O6 Y4 [
物理地址的優(yōu)點(diǎn)：

直接對(duì)應(yīng)物理內(nèi)存，訪問(wèn)速度快，無(wú)需經(jīng)過(guò)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(wèn)硬件資源。

: i" V# j6 A! h, i/ j9 M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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