Linux物理地址和虚拟地址

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3 ^" y0 s! }1 X. f0 z( p6 ~9 R8 ^
& B" o* _( x: b# f( U$ mMMU 通过页表将虚拟地址转换为物理地址，页表保存了虚拟地址到物理地址的映射信息。不同的进程可以有相同的虚拟地址，但它们映射到的物理地址可能不同。
" o, i5 g# V' }2 n+ a% Y! S# `

页 (Page): 虚拟内存和物理内存被划分为相同大小的块，称为页。
  U& Y! G- `- _" _# U# ]常见的页大小为 4 KB。

页表 (Page Table): 页表是一个数据结构，存储了虚拟地址与物理地址的映射。
* c; Z9 V' M% Z- h+ r, |; ?: [9 z0 N
5 t# {. S* |2 v1 F$ q, A1 I( F8 P$ N页表示例：
假设有一个虚拟地址 0xB8000000，通过页表，它可能被映射到物理地址 0x12000000。这个过程是透明的，应用程序只需要处理虚拟地址，操作系统和硬件负责完成地址转换。
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8 [" T% c, Y4 |- V" Q) e8 J虚拟地址的应用实例
# B8 q/ m2 n" z+ B  Q* n5 t在应用程序中，开发人员通常只与虚拟地址打交道。以下是一个简单的 C 程序示例，演示如何使用虚拟地址访问内存。

#include #include  int main() {    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int));    if (ptr == NULL) {        fprintf(stderr, "内存分配失败！
");        return 1;    }     *ptr = 42;    printf("虚拟地址: %p, 值: %d
$ U! I  w6 U% I+ M; f", (void*)ptr, *ptr);     free(ptr);    return 0;}
在这个示例中，malloc() 函数分配了一块内存，并返回该内存块的虚拟地址。该地址在程序的虚拟地址空间中有效，指向一个内存位置。通过打印指针 ptr 的值，可以看到虚拟地址。
# }7 F- T  d8 T0 a$ Q5
) N' U5 ~  j8 l1 I/ O1 L. R" j7 V物理地址的应用实例
物理地址的直接使用通常仅限于操作系统内核或驱动程序开发。在内核编程中，开发人员可以通过一些内核 API 来获取物理地址。例如，通过 virt_to_phys() 函数可以将虚拟地址转换为物理地址。

#include #include #include  int init_module(void) {    void *vaddr;    unsigned long paddr;     vaddr = kmalloc(4096, GFP_KERNEL);    if (!vaddr) {        printk("内存分配失败
' c6 S7 ^5 q1 |/ `7 Z/ j  V");        return -ENOMEM;    }     paddr = virt_to_phys(vaddr);    printk("虚拟地址: %p, 物理地址: %lx
/ m+ m: `* S/ `6 z. N' u+ [", vaddr, paddr);     kfree(vaddr);    return 0;} void cleanup_module(void) {    printk("模块卸载
. F) J4 U# ^) j+ ?) K$ p, w0 W");} MODULE_LICENSE("GPL");
8 e' O+ a1 v9 U4 V6 ?. r这个内核模块分配了一块内存，并将其虚拟地址转换为物理地址。virt_to_phys() 函数只在内核态有效，用户态程序无法直接调用。
. g' S8 o6 a- y: o4 @4 i6

/ L5 B1 d( E6 S* a物理地址和虚拟地址的优缺点
# Y0 I! x% c2 y7 r虚拟地址的优点：
- ^3 e3 e: x, M, ^7 u0 J+ o

每个进程拥有独立的虚拟地址空间，提高了安全性和稳定性。

虚拟地址空间可以大于实际物理内存，通过交换技术（paging），虚拟内存可以被分配给更大的地址空间。
$ Q0 V1 e# f% C/ Z1 k0 z" l- A
) M) a) \  `/ X- X. O- z" n) B物理地址的优点：

直接对应物理内存，访问速度快，无需经过地址转换。

在操作系统内核和驱动程序中，物理地址通常用于直接访问硬件资源。

3 p+ `, T8 j3 L6 N物理地址和虚拟地址是 Linux 系统内存管理的重要概念。虚拟地址提供了更灵活和安全的内存管理方式，使得每个进程拥有独立的地址空间。而物理地址则直接映射到实际的内存位置，通常用于内核级别的操作。理解这两个概念及其应用，对于系统编程和操作系统的深入理解非常关键。
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