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2024-9-16 09:47 上傳
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8 w9 e& x2 ^' x5 V0 D. {! Y0 E( |+ V6 r3 P4 L: X3 {+ V1 d
MMU 通過頁表將虛擬地址轉換為物理地址,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。! f0 }3 i4 m( m9 N0 M# X
9 o' G" {% ^0 h, o頁 (Page): 虛擬內存和物理內存被劃分為相同大小的塊,稱為頁。( W) E0 ^; ]7 V
常見的頁大小為 4 KB。頁表 (Page Table): 頁表是一個數(shù)據(jù)結構,存儲了虛擬地址與物理地址的映射。
3 |3 X- n. z8 |' N7 s. r
$ y3 X1 |$ j- P頁表示例:
8 M+ ?- v/ q; E) b假設有一個虛擬地址 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換。7 \ L4 N F9 M4 }* @+ U% V' ^
4, W/ p0 k. D# S
虛擬地址的應用實例
# i' X$ a# P, A- J" B4 I4 N+ d0 ?在應用程序中,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存。7 U$ s4 f0 T) X! O7 {8 Z
! j- ~+ d) W/ v, |* A8 w
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內存分配失!
x3 [! A, A, } ?& p"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d2 n9 \) E; ` C/ r; z
", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}
$ p1 F, k b; y( ~" v在這個示例中,malloc() 函數(shù)分配了一塊內存,并返回該內存塊的虛擬地址。該地址在程序的虛擬地址空間中有效,指向一個內存位置。通過打印指針 ptr 的值,可以看到虛擬地址。
% g1 F6 [: \8 C- _% M" B$ j9 z50 P& t- A. i. m( d6 b' R
物理地址的應用實例4 |$ _) m/ h; W
物理地址的直接使用通常僅限于操作系統(tǒng)內核或驅動程序開發(fā)。在內核編程中,開發(fā)人員可以通過一些內核 API 來獲取物理地址。例如,通過 virt_to_phys() 函數(shù)可以將虛擬地址轉換為物理地址。
, M' z) T; F2 [& \2 [/ l: Z' s9 M! N) E# D6 h
#include #include #include int init_module(void) { void *vaddr; unsigned long paddr; vaddr = kmalloc(4096, GFP_KERNEL); if (!vaddr) { printk("內存分配失敗8 F' K; ]+ `5 H% r
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
: L/ t3 `+ q( j+ H* ]" q! N", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載
# f5 x6 C1 }8 O% h");} MODULE_LICENSE("GPL");
9 Z' }( J+ M" Z& z2 J5 G, Q. Y這個內核模塊分配了一塊內存,并將其虛擬地址轉換為物理地址。virt_to_phys() 函數(shù)只在內核態(tài)有效,用戶態(tài)程序無法直接調用。( J3 j1 V: J- K* u2 `& y O& ?
6
0 H/ w9 n7 [; P) p5 q
$ s4 b: V& L7 |! f$ S物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點
& V/ w- q% ~* Q8 _4 U( e6 w虛擬地址的優(yōu)點:
4 d# f0 f a5 G; {8 ^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存,通過交換技術(paging),虛擬內存可以被分配給更大的地址空間。! _4 C- B2 \/ ]7 L
8 G- [8 n. e4 j物理地址的優(yōu)點:( G* z1 u1 y. R. Z, p2 F# k2 R! M& g
直接對應物理內存,訪問速度快,無需經(jīng)過地址轉換。在操作系統(tǒng)內核和驅動程序中,物理地址通常用于直接訪問硬件資源。* h" z( L( L+ w
9 p9 b9 ^$ D- I8 x5 t
物理地址和虛擬地址是 Linux 系統(tǒng)內存管理的重要概念。虛擬地址提供了更靈活和安全的內存管理方式,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存位置,通常用于內核級別的操作。理解這兩個概念及其應用,對于系統(tǒng)編程和操作系統(tǒng)的深入理解非常關鍵。$ g8 U2 @% }' _+ U& X0 Y
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