虛擬地址和物理地址的區別和聯系

虛擬地址和物理地址的區別和聯系

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　　虛擬地址和物理地址的區別和聯系

　　CPU通過地址來訪問內存中的單元，地址有虛擬地址和物理地址之分，如果CPU沒有MMU(Memory Management Unit，內存管理單元)，或者有MMU但沒有啟用，CPU核在取指令或訪問內存時發出的地址將直接傳到CPU芯片的外部地址引腳上，直接被內存芯片(以下稱為物理內存，以便與虛擬內存區分)接收，這稱為物理地址(Physical Address，以下簡稱PA)，如下圖所示。

　　如果CPU啟用了MMU，CPU核發出的地址將被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。

　　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，物理內存中的一個物理頁面也稱為一個頁框(Page Frame)。

　　物理地址(physical address)

　　用于內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。

　　——這個概念應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存本身，把內存看成一個從0字節一直到最大空量逐字節的編號的大數組，然后把這個數組叫做物理地址，但是事實上，這只是一個硬件提供給軟件的抽像，內存的尋址方式并不是這樣。所以，說它是“與地址總線相對應”，是更貼切一些，不過拋開對物理內存尋址方式的考慮，直接把物理地址與物理的內存一一對應，也是可以接受的。也許錯誤的理解更利于形而上的抽像。

　　虛擬內存(virtual memory)

　　這是對整個內存(不要與機器上插那條對上號)的抽像描述。它是相對于物理內存來講的，可以直接理解成“不直實的”，“假的”內存，例如，一個0x08000000內存地址，它并不對就物理地址上那個大數組中0x08000000 - 1那個地址元素;

　　之所以是這樣，是因為現代操作系統都提供了一種內存管理的抽像，即虛擬內存(virtual memory)。進程使用虛擬內存中的地址，由操作系統協助相關硬件，把它“轉換”成真正的物理地址。這個“轉換”，是所有問題討論的關鍵。

　　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)，甚至多個進程可以使用相同的地址。不奇怪，因為轉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，發現連接器已經為程序分配了一個地址，例如，要調用某個函數A，代碼不是call A，而是call 0x0811111111 ，也就是說，函數A的地址已經被定下來了。沒有這樣的“轉換”，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，將遠古時代的段式內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，是由一個段標識符加上一個指定段內相對地址的偏移量，表示為 [段標識符：段內偏移量]，也就是說，上例中那個0x08111111，應該表示為[A的代碼段標識符: 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的硬件平臺段式管理轉換前地址的話，那么線性地址則對應了硬件頁式內存的轉換前地址。

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