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Linux操作系统基础知识之二:内存寻址

简介: Q1.        什么是物理地址?什么是虚地址?什么是线性地址? A: 1)        将主板上的物理内存条所提供的内存空间定义为物理内存空间,其中每个内存单元的实际地址就是物理地址; 2)        将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地址空间(或地址空间),其中的地址就叫做虚拟地址(或虚地址),一般用“段:偏移量”的形式来描述,如A815:CF2D; 3)        线性地址空间是指一段连续的、不分段的、范围为0~4GB的地址空间,一个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。
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Q1.        什么是物理地址?什么是虚地址?什么是线性地址?

A:

1)        将主板上的物理内存条所提供的内存空间定义为物理内存空间,其中每个内存单元的实际地址就是物理地址;

2)        将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地址空间(或地址空间),其中的地址就叫做虚拟地址(或虚地址),一般用“段:偏移量”的形式来描述,如A815:CF2D;

3)        线性地址空间是指一段连续的、不分段的、范围为0~4GB的地址空间,一个线性地址就是线性地址空间的一个绝对地址。

 

Q2.        在保护模式下,MMU如何把一个虚地址转换为物理地址?

A:在保护模式下,内存管理单元(MMU)由一个或一组芯片组成,其功能是指虚拟地址映射为物理地址,即进行地址转换;MMU是一种硬件电路,它包含分段部件和分页部件两个部件,分别叫做分段机制和分页机制,分段机制是把一个虚拟地址转换为线性地址,分页机制是把一个线性地址转换为物理地址。

 

Q3.        为什么对32位线性地址空间要采用两级页表?

A:页表是把线性地址映射到物理地址的一种数据结构,4GB的线性空间可以被划分为1M个4KB大小的页,每个页表项占4字节,则1M个页表项的页表就需要占用4MB空间,而且还要求是连续的,于是采用两级页表来实现;两级页表就是对页表再进行分页,第一级称为页目录,其中存放关于页表的信息;4MB的页表再次分页,可以分为1K个4KB大小的页。

 

Q4.        页面高速缓存的作用是什么?Linux为什么主要采用分页机制来实现虚拟存储管理?它为什么采用三级分页模式而不是两级?

A:

1)        页面高速缓存自动保留处理器最近使用的32项页表项,因此可以覆盖128KB范围的内存;

2)        Linux主要采用分页机制来实现虚拟存储器管理,原因为:

A.      Linux的分段机制使得所有的进程都使用相同的段寄存器,这使得内存管理变得简单;

B.      Linux的设计目标之一就是能够被移植到绝大多数流行的处理平台上,但许多RISC处理器支持的分段功能非常有限;为了保证可移植性,Linux采用三级分页模式,因为许多处理器都采用64位结构;Linux定义了三种类型的页表:页目录(PGD)、中间目录(PMD)和页表(PT)。

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周兆熊
硕士研究生毕业于南京邮电大学计算机应用技术专业,曾在中兴通讯从事软件开发工作,现就职于重庆某物联网技术公司,任高级嵌入式软件开发工程师。著有《C程序员从校园到职场》一书,同时也是《信息通信技术百科全书》的编者之一及CSDN博客专家。QQ(微信):245924426。
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