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linux內(nèi)存虛擬地址映射物理地址

2021-11-26 14:35
一口Linux
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Linux 內(nèi)核給每個進程都提供了一個獨立的虛擬地址空間，并且這個地址空間是連續(xù)的。虛擬地址空間的內(nèi)部又被分為內(nèi)核空間和用戶空間兩部分。不同字長（也就是單個 CPU 指令可以處理數(shù)據(jù)的最大長度）的處理器，地址空間的范圍也不同。

其中，所有進程的內(nèi)核空間，關聯(lián)的都是相同的物理內(nèi)存。進程切換到內(nèi)核態(tài)后，才可以訪問內(nèi)核空間內(nèi)存。我們下面說到的分段只針對用戶空間。

有兩種方式管理虛擬地址與物理地址之間的關系。

1、段式管理（Segment）：由段選擇子和段內(nèi)偏移量找到物理地址。

用戶空間從低地址到高地址分別是五種不同的內(nèi)存段。

代碼段（只讀段），包括代碼和常量等。

數(shù)據(jù)段，包括全局變量等。

堆，包括動態(tài)分配的內(nèi)存，從低地址開始向上增長。

文件映射段，包括動態(tài)庫、共享內(nèi)存等，從高地址開始向下增長。（本圖沒有畫出）

棧，包括局部變量和函數(shù)調(diào)用的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB。

分段容易出現(xiàn)碎片，內(nèi)存交換效率低（不容易換出到磁盤）的問題。為了解決這兩個問題，就出現(xiàn)了內(nèi)存分頁。

2、頁式管理（Paging）：虛擬地址分為兩部分，頁號和頁內(nèi)偏移。

MMU 規(guī)定了一個內(nèi)存映射的最小單位，也就是頁，通常是 4 KB 大小。為了解決頁表項過多的問題，有多級頁表和大頁兩種方式。

并不是給進程的所有的虛擬內(nèi)存都會分配物理內(nèi)存，只有那些實際使用的虛擬內(nèi)存才分配物理內(nèi)存。這叫程序的局部性原理。根據(jù)此原理，為了提高訪問速度，MMU（Memory Manage Unit）里配有一個硬件：TLB（Translation Lookaside Buffer）。用于緩存進程常用頁表。

內(nèi)存分段和內(nèi)存分頁并不是對立的，他們組合起來使用，通常稱為段頁式內(nèi)存管理。

程序所使用的地址，稱為邏輯地址；

通過段式內(nèi)存管理映射的地址，稱為虛擬地址（線性地址）；

通過頁式內(nèi)存管理將線性地址映射成物理地址。

聲明： 本文由入駐維科號的作者撰寫，觀點僅代表作者本人，不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題，請聯(lián)系舉報。

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