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2024-9-18 09:46 上傳
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* [6 H1 } l9 R3 M9 y4 e z) `$ L4 G, P
MMU 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。) S- {9 Z/ K. b5 @# u
9 _3 M8 p+ j4 h+ X+ l* f7 U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)。! m3 ?5 |: a$ n' M
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。 V* L2 G+ }) r
; o. v1 a; @) o. `( g6 O5 x- d頁(yè)表示例:" E, [ W1 |$ Q9 S
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。& K, N; |0 ?' R2 A
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4 f7 Y6 `0 l G" a& i虛擬地址的應(yīng)用實(shí)例
2 D( o7 a' J( G& h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(wèn)內(nèi)存。
( P% f# r6 Q! c. W) z. N, d) z- U- O' q$ t, z
#include #include int main() { int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); if (ptr == NULL) { fprintf(stderr, "內(nèi)存分配失!# ^( P( l+ B& l' m2 X7 b- |' W
"); return 1; } *ptr = 42; printf("虛擬地址: %p, 值: %d
f+ k" ~/ E" Y", (void*)ptr, *ptr); free(ptr); return 0;}/ C. F! E9 Q8 N l4 A
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。
5 P/ L) g& X1 L+ A( K7 g5( M# a1 I$ g4 R! t; @% `, l
物理地址的應(yīng)用實(shí)例
9 n" @+ C: O: E: {9 w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(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。
0 p }6 O$ v3 R( E# x4 S( @9 f
; z) `& _. o1 X1 C. K" `. B. o# Z#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' Y. `7 A, ? Q0 P7 H* n" O
"); return -ENOMEM; } paddr = virt_to_phys(vaddr); printk("虛擬地址: %p, 物理地址: %lx
g, U# u" d4 f( ~, k5 X7 x", vaddr, paddr); kfree(vaddr); return 0;} void cleanup_module(void) { printk("模塊卸載1 v1 ^( w; r8 X6 L( O; Y0 L
");} MODULE_LICENSE("GPL");3 k- S6 M+ j( ^0 n/ J; V$ p
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。! B! \$ ~3 T9 ^6 e& |" E2 K
6& p& W# ?3 i! d7 B A; _, e% n
3 ]) V+ c0 |' o/ [# _0 a物理地址和虛擬地址的優(yōu)缺點(diǎn)
q+ u9 C" U9 F, E* p虛擬地址的優(yōu)點(diǎn):' t( l8 k- j! s7 C, L
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' v% n0 k% ?' |, D1 K& D( ~1 h- y8 T
物理地址的優(yōu)點(diǎn):
) e" f7 s& S3 e P, ^) k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。6 M- u; j( _" P& o4 V2 W, z
' N3 }6 k7 g. b+ c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。; I/ N9 Z; {% t$ A& ]
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