物理地址和虛擬地址
今天學(xué)習(xí)啦小編給大家介紹一下物理地址和虛擬地址。供大家參考!
物理地址和虛擬地址
參考如下
CPU通過地址來訪問內(nèi)存中的單元,地址有虛擬地址和物理地址之分,如果CPU沒有MMU(Memory Management Unit,內(nèi)存管理單元),或者有MMU但沒有啟用,CPU核在取指令或訪問內(nèi)存時發(fā)出的地址將直接傳到CPU芯片的外部地址引腳上,直接被內(nèi)存芯片(以下稱為物理內(nèi)存,以便與虛擬內(nèi)存區(qū)分)接收,這稱為物理地址(Physical Address,以下簡稱PA),如下圖所示。
物理地址示意圖
如果CPU啟用了MMU,CPU核發(fā)出的地址將被MMU截獲,從CPU到MMU的地址稱為虛擬地址(Virtual Address,以下簡稱VA),而MMU將這個地址翻譯成另一個地址發(fā)到CPU芯片的外部地址引腳上,也就是將虛擬地址映射成物理地址,如下圖所示[1]。
虛擬地址示意圖
MMU將虛擬地址映射到物理地址是以頁(Page)為單位的,對于32位CPU通常一頁為4K。例如,虛擬地址0xb700 1000~0xb700 1fff是一個頁,可能被MMU映射到物理地址0x2000~0x2fff,物理內(nèi)存中的一個物理頁面也稱為一個頁框(Page Frame)。
內(nèi)核也不能直接訪問物理地址.但因為內(nèi)核的虛擬地址和物理地址之間只是一個差值0xc0000000的區(qū)別,所以從物理地址求虛擬地址或從虛擬地址求物理地址很容易,+-這個差就行了
物理地址(physical address)
用于內(nèi)存芯片級的單元尋址,與處理器和CPU連接的地址總線相對應(yīng)。
——這個概念應(yīng)該是這幾個概念中最好理解的一個,但是值得一提的是,雖然可以直接把物理地址理解成插在機器上那根內(nèi)存本身,把內(nèi)存看成一個從0字節(jié)一直到最大空量逐字節(jié)的編號的大數(shù)組,然后把這個數(shù)組叫做物理地址,但是事實上,這只是一個硬件提供給軟件的抽像,內(nèi)存的尋址方式并不是這樣。所以,說它是“與地址總線相對應(yīng)”,是更貼切一些,不過拋開對物理內(nèi)存尋址方式的考慮,直接把物理地址與物理的內(nèi)存一一對應(yīng),也是可以接受的。也許錯誤的理解更利于形而上的抽像。
虛擬內(nèi)存(virtual memory)
這是對整個內(nèi)存(不要與機器上插那條對上號)的抽像描述。它是相對于物理內(nèi)存來講的,可以直接理解成“不直實的”,“假的”內(nèi)存,例如,一個0x08000000內(nèi)存地址,它并不對就物理地址上那個大數(shù)組中0x08000000 - 1那個地址元素;
之所以是這樣,是因為現(xiàn)代操作系統(tǒng)都提供了一種內(nèi)存管理的抽像,即虛擬內(nèi)存(virtual memory)。進(jìn)程使用虛擬內(nèi)存中的地址,由操作系統(tǒng)協(xié)助相關(guān)硬件,把它“轉(zhuǎn)換”成真正的物理地址。這個“轉(zhuǎn)換”,是所有問題討論的關(guān)鍵。
有了這樣的抽像,一個程序,就可以使用比真實物理地址大得多的地址空間。(拆東墻,補西墻,銀行也是這樣子做的),甚至多個進(jìn)程可以使用相同的地址。不奇怪,因為轉(zhuǎn)換后的物理地址并非相同的。
——可以把連接后的程序反編譯看一下,發(fā)現(xiàn)連接器已經(jīng)為程序分配了一個地址,例如,要調(diào)用某個函數(shù)A,代碼不是call A,而是call 0x0811111111 ,也就是說,函數(shù)A的地址已經(jīng)被定下來了。沒有這樣的“轉(zhuǎn)換”,沒有虛擬地址的概念,這樣做是根本行不通的。
打住了,這個問題再說下去,就收不住了。
邏輯地址(logical address)
Intel為了兼容,將遠(yuǎn)古時代的段式內(nèi)存管理方式保留了下來。邏輯地址指的是機器語言指令中,用來指定一個操作數(shù)或者是一條指令的地址。以上例,我們說的連接器為A分配的0x08111111這個地址就是邏輯地址。
——不過不好意思,這樣說,好像又違背了Intel中段式管理中,對邏輯地址要求,“一個邏輯地址,是由一個段標(biāo)識符加上一個指定段內(nèi)相對地址的偏移量,表示為 [段標(biāo)識符:段內(nèi)偏移量],也就是說,上例中那個0x08111111,應(yīng)該表示為[A的代碼段標(biāo)識符: 0x08111111],這樣,才完整一些”
線性地址(linear address)或也叫虛擬地址(virtual address)
跟邏輯地址類似,它也是一個不真實的地址,如果邏輯地址是對應(yīng)的硬件平臺段式管理轉(zhuǎn)換前地址的話,那么線性地址則對應(yīng)了硬件頁式內(nèi)存的轉(zhuǎn)換前地址。
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CPU將一個虛擬內(nèi)存空間中的地址轉(zhuǎn)換為物理地址,需要進(jìn)行兩步:首先將給定一個邏輯地址(其實是段內(nèi)偏移量,這個一定要理解!!!),CPU要利用其段式內(nèi)存管理單元,先將為個邏輯地址轉(zhuǎn)換成一個線程地址,再利用其頁式內(nèi)存管理單元,轉(zhuǎn)換為最終物理地址。
這樣做兩次轉(zhuǎn)換,的確是非常麻煩而且沒有必要的,因為直接可以把線性地址抽像給進(jìn)程。之所以這樣冗余,Intel完全是為了兼容而已。
物理地址就是,機器內(nèi)主存的地址,包括RAM和ROM
邏輯地址就是,程序運行在內(nèi)存中,使用的地址。
虛擬地址就是,cpu支持的內(nèi)存空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機器主存的大小,這些多出來的空間對于程序來說是可以用的,這個時候的所有地址都稱為虛擬地址
物理地址:最小系統(tǒng)下的存儲器的實際地址,一般只是由CPU內(nèi)存控制器(地址線)可以管理的容量為最大地址,而實際上這個容量(由地址產(chǎn)生的)遠(yuǎn)大于實際存在的容量;實際的存儲器容量所需要的地址(內(nèi)存)控制器管理的容量;它的大小一般由芯片決定
邏輯地址:相對程序員而言使用的地址,或說程序無需知道具體的實際地址管理數(shù),而只要在系統(tǒng)(操作)允許范圍內(nèi)使用就行了(這時使用的是一種算法控制下的地址,實際上它只是借用地址概念產(chǎn)生的程序運行模式),它所要說明的是方便,也就是一個線性的(最好)的程序(指令)排列方式。它的大小一般由操作系統(tǒng)決定
虛擬地址:將具有存儲功能的所有存儲器(不僅僅是最小系統(tǒng)概念下的),進(jìn)行“統(tǒng)一”編址,而不考慮存儲器之間的差異(快慢等),這時的地址是一個比邏輯地址理會數(shù)學(xué)化的編號(地址),它的大小等往往由應(yīng)用程序決定
學(xué)習(xí)啦小編介紹了物理地址和虛擬地址的相關(guān)知識,希望你喜歡。