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虚拟地址--物理地址的映射关系
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虚拟地址--物理地址的映射关系
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本帖子已过去太久远了，不再提供回复功能。随笔 - 138&
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逻辑地址（Logical Address） 是指由程序产生的与段相关的偏移地址部分。例如，你在进行C语言指针编程中，可以读取指针变量本身值(&操作)，实际上这个值就是逻辑地址，它是相对于你当前进程数据段的地址，不和绝对物理地址相干。只有在Intel实模式下，逻辑地址才和物理地址相等（因为实模式没有分段或分页机制,Cpu不进行自动地址转换）；逻辑也就是在Intel 保护模式下程序执行代码段限长内的偏移地址（假定代码段、数据段如果完全一样）。应用程序员仅需与逻辑地址打交道，而分段和分页机制对您来说是完全透明的，仅由系统编程人员涉及。应用程序员虽然自己可以直接操作内存，那也只能在操作系统给你分配的内存段操作。
如果是程序员，那么逻辑地址对你来说应该是轻而易举就可以理解的。我们在写C代码的时候经常说我们定义的结构体首地址的偏移量，函数的入口偏移量，数组首地址等等。当我们在考究这些概念的时候，其实是相对于你这个程序而言的。并不是对于整个操作系统而言的。也就是说，逻辑地址是相对于你所编译运行的具体的程序（或者叫进程吧，事实上在运行时就是当作一个进程来执行的）而言。你的编译好的程序的入口地址可以看作是首地址，而逻辑地址我们通常可以认为是在这个程序中，编译器为我们分配好的相对于这个首地址的偏移，或者说以这个首地址为起点的一个相对的地址值。&&&&&&& 当我们双击一个可执行程序时，就是给操作系统提供了这个程序运行的入口地址。之后shell把可执行文件的地址传入内核。进入内核后，会fork一个新的进程出来，新的进程首先分配相应的内存区域。这里会碰到一个著名的概念叫做Copy On Write，即写时复制技术。这里不详细讲述，总之新的进程在fork出来之后，新的进程也就获得了整个的PCB结构，继而会调用exec函数转而去将磁盘中的代码加载到内存区域中。这时候，进程的PCB就被加入到可执行进程的队列中，当CPU调度到这个进程的时候就真正的执行了。
&& 我们大可以把程序运行的入口地址理解为逻辑地址的起始地址，也就是说，一个程序的开始的地址。以及以后用到的程序的相关数据或者代码相对于这个起始地址的位置（这是由编译器事先安排好的），就构成了我们所说的逻辑地址。逻辑地址就是相对于一个具体的程序（事实上是一个进程，即程序真正被运行时的相对地址）而言的。尽管我们这样理解可能有一些细节上的偏差，但是比起网上一些含糊其辞，让人不知所云的描述要好得多，实用得多，等到自己对这个地址有更加深刻的理解的时候，再对上面的理解进行一些补充或者纠正。
&& 总之一句话，逻辑地址是相对于应用程序而言的。
逻辑地址产生的历史背景：
追根求源，Intel的8位机8080CPU，（DB）为8位，（AB）为16位。那么这个16位地址信息也是要通过8位数据总线来传送，也是要在数据通道中的暂存器，以及在CPU中的寄存器和内存中存放的，但由于AB正好是 DB的整数倍，故不会产生矛盾！
&&& 但当上升到16位机后，IntelCPU的设计由于当年IC集成技术和外封装及引脚技术的限制，不能超过40个引脚。但又感觉到8位机原来的地址寻址能力2^16＝64KB太少了，但直接增加到16的整数倍即令AB＝32位又是达不到的。故而只能把AB暂时增加4条成为20条。则 2^20＝1MB的寻址能力已经增加了16倍。但此举却造成了AB的20位和DB的16位之间的矛盾，20位地址信息既无法在DB上传送，又无法在16位的CPU寄存器和内存单元中存放。于是应运而生就产生了CPU段结构的原理。
线性地址（Linear Address） 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。程序代码会产生逻辑地址，或者说是段中的偏移地址，加上相应段的基地址就生成了一个线性地址。如果启用了分页机制，那么线性地址可以再经变换以产生一个物理地址。若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。Intel 80386的线性地址空间容量为4G（2的32次方即32根地址总线寻址）。
线性地址：
我们知道每台计算机有一个CPU（我们从单CPU来说吧。多CPU的情况应该是雷同的），最终所有的指令操作或者数据等等的运算都得由这个CPU来进行，而与CPU相关的寄存器就是暂存一些相关信息的存储记忆设备。因此，从CPU的角度出发的话，我们可以将计算机的相关设备或者部件简单分为两类：一是数据或指令存储记忆设备（如寄存器，内存等等），一种是数据或指令通路（如地址线，数据线等等）。线性地址的本质就是&CPU所看到的地址&。如果我们追根溯源，就会发现线性地址的就是伴随着Intel的X86体系结构的发展而产生的。当32位CPU出现的时候，它的可寻址范围达到4GB，而相对于内存大小来说，这是一个相当巨大的数字，我们也一般不会用到这么大的内存。那么这个时候CPU可见的4GB空间和内存的实际容量产生了差距。而线性地址就是用于描述CPU可见的这4GB空间。我们知道在多进程操作系统中，每个进程拥有独立的地址空间，拥有独立的资源。但对于某一个特定的时刻，只有一个进程运行于CPU之上。此时，CPU看到的就是这个进程所占用的4GB空间，就是这个线性地址。而CPU所做的操作，也是针对这个线性空间而言的。之所以叫线性空间，大概是因为人们觉得这样一个连续的空间排列成一线更加容易理解吧。其实就是CPU的可寻址范围。
&& 对linux而言，CPU将4GB划分为两个部分，0-3GB为用户空间（也可以叫核外空间），3-4GB为内核空间（也可以叫核内空间）。操作系统相关的代码，即内核部分的代码数据都会映射到内核空间，而用户进程则会映射到用户空间。至于系统是如何将线性地址转换到实际的物理内存上，那是另外的话题了。网上到处可以找到相关文章，我不在此啰嗦。对于X86，无外乎段式管理和页式管理。
物理地址（Physical Address） 是指出现在CPU外部地址总线上的寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果地址。如果启用了分页机制，那么线性地址会使用页目录和页表中的项变换成物理地址。如果没有启用分页机制，那么线性地址就直接成为物理地址了。
虚拟内存（Virtual Memory） 是指计算机呈现出要比实际拥有的内存大得多的内存量。因此它允许程序员编制并运行比实际系统拥有的内存大得多的程序。这使得许多大型项目也能够在具有有限内存资源的系统上实现。一个很恰当的比喻是：你不需要很长的轨道就可以让一列火车从上海开到北京。你只需要足够长的铁轨（比如说3公里）就可以完成这个任务。采取的方法是把后面的铁轨立刻铺到火车的前面，只要你的操作足够快并能满足要求，列车就能象在一条完整的轨道上运行。这也就是虚拟内存管理需要完成的任务。在Linux 0.11内核中，给每个程序（进程）都划分了总容量为64MB的虚拟内存空间。因此程序的逻辑地址范围是0xx4000000。
有时我们也把逻辑地址称为虚拟地址。因为与虚拟内存空间的概念类似，逻辑地址也是与实际物理内存容量无关的。 逻辑地址与物理地址的&差距&是0xC0000000，是由于虚拟地址-&线性地址-&物理地址映射正好差这个值。这个值是由操作系统指定的。
虚拟地址到物理地址的转化方法是与体系结构相关的。一般来说有分段、分页两种方式。以现在的x86 cpu为例，分段分页都是支持的。Memory Mangement Unit负责从虚拟地址到物理地址的转化。逻辑地址是段标识+段内偏移量的形式，MMU通过查询段表，可以把逻辑地址转化为线性地址。如果cpu没有开启分页功能，那么线性地址就是物理地址；如果cpu开启了分页功能，MMU还需要查询页表来将线性地址转化为物理地址：逻辑地址 ----（段表）---& 线性地址 & （页表）&& 物理地址不同的逻辑地址可以映射到同一个线性地址上；不同的线性地址也可以映射到同一个物理地址上；所以是多对一的关系。另外，同一个线性地址，在发生换页以后，也可能被重新装载到另外一个物理地址上。所以这种多对一的映射关系也会随时间发生变化。
PS:补充说明
阅读(...) 评论()Linux逻辑地址与物理地址的key point - 推酷
Linux逻辑地址与物理地址的key point
本文原创为freas_1990，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/freas_1990/article/details/
以下的一段代码：
#include &stdio.h&
greeting()
printf(&Hello, world!\n&);
greeting();
经过gcc、ld（链接、编译）之后，生成一个elf可执行文件，再使用objdump处理，生成的反汇编代码如下：
&greeting&:
e5 mov %esp,%ebp
804836b: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
804836e: 83 ec 0c sub $0xc,%esp
84 84 04 08 push $0x8048484
8048376: e8 35 ff ff ff call 80482b0 &printf@plt&
804837b: 83 c4 10 add $0x10,%esp
804837e: c9 leave
804837f: c3 ret
e5 mov %esp,%ebp
ec 08 sub $0x8,%esp
e4 f0 and $0xfffffff0,%esp
8048389: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
804838e: 83 c0 0f add $0xf,%eax
c0 0f add $0xf,%eax
8048394: c1 e8 04 shr $0x4,%eax
8048397: c1 e0 04 shl $0x4,%eax
804839a: 29 c4 sub %eax,%esp
804839c: e8 c7 ff ff ff call 8048368 &greeting&
80483a1: c9 leave
80483a2: c3 ret
注意看greeting这个函数，的逻辑地址，现在是8048368。
基础差一些的同学，应该震惊了！
源代码在编译的时候，就能生成一个具体的逻辑地址！
试想一下，我们的Linux可以编译出成千上万个ELF文件，每一个文件中的地址都是有可能重复的，那么，不会冲突吗？
如果你有这个疑问，那么，说明，对Unix传统的copy-on-write机制还是没有理解透彻。
想要理解这个知识点，只需关注如下3点：
1，Linux的用户进程在虚拟地址上（或者线性地址，在Linux里，这两个概念没有区别）是完全独立的，连页目录都独立，而不是水平切割。
2，Linux里每个用户进程的虚拟地址、页目录，都是在fork + exec时，才会相应生成的。
3，虚拟地址到物理地址的转换。
note：本文有参考《Linux内核源代码情景分析》
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