【Linux】虚拟到物理地址空间转换秘诀揭秘

在早期计算机中，程序直接访问物理内存地址，导致内存使用效率低且进程间缺乏隔离。为了解决这些问题，引入了虚拟地址机制。虚拟地址允许用户进程之间互不干扰，且能有效利用有限的物理内存。本文将揭示Linux系统中从虚拟到物理地址空间的转换 Geheimnis，并通过实际代码示例展示这一过程。

背景知识

在早期的时候，计算机还没有虚拟机制，程序指令所访问的内存地址就是物理地址，所以就要将所有程序都加载到内存中，但是我们实际的物理内存是有限的，那么就会出现一些问题：

当多个程序重新运行时，必须保证这些内存用到的内存总量小于计算机实际的物理内存的大小。内存使用效率低，内存空间不足，就需要将其他程序暂时拷贝到硬盘中，然后重新将新的程序装入内存，但是由于大量的数据转入与转出，内存的使用效率会非常低。进程地址空间不隔离，由于空间时直接访问物理内存的，所以每一个进程都可以修改其他进程的内存数据，设置修改内核地址空间的数据，那么可能会导致一些恶意程序可以随意修改别的进程，就会造成一些破坏。程序运行地址的不确定，因为内存地址是随机分配的，所以程序运行的地址也是不正确的。 为此才会引入虚拟地址。用户进程间的地址互补可见，互不影响。1. 引出虚拟地址与物理地址

计算机的物理内存大小是固定的，就是计算机主板内存槽上的实际物理空间，CPU可以直接继续寻址，物理内存的容量是固定的，但是寻址的卡空间取决于CPU地址线的数量。32位系统上，线性地址空间可达4G，那么这4G的内存是如何分配的呢？一般情况下，是以3：1来分配的，用户进程配有3G的空间，而内核独自配有1G的内存。 在C语言的学习期间，都会学习了这样的空间分布图：

下面笔者，将会利用两段代码，为读者引出操作系统中的真实物理内存。

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

(2^10 + 2^10) * (2^10 + 2^20)

像这种页框起始地址+偏移量的方式被称为基地址+偏移量，是一种运用十分广泛的思想。

4.总结

虚拟地址的存在使得用户在引发异常操作时，操作系统能在差页表阶段就发现拦截，而不是等到真正影响到物理内存时才报错。

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