虚拟地址与物理地址的转换
虚拟地址与物理地址的转换
虚拟地址转换为物理地址的第一步是将从处理器得到的虚拟地址和TLB中的虚拟地址进行比较。，今天学习啦小编与大家分享下虚拟地址与物理地址的转换，有需要的朋友不妨了解下。
虚拟地址与物理地址的转换
已知一个虚拟地址0x01AF5518, 则转换的过程如下:
注意: *这里讨论的以Windows下普通模式分页的情况, 也就是2级页表的情况*
1.首先把虚拟地址拆分成3个部分(低12位, 中10位, 高10位), 换成2进制如下:
-> 0000 0001 1010 1111 0101 0101 0001 1000
按照10, 10, 12的位数重新排列后
-> (页目录索引)00 000 00110, (页表项索引)10 1111 0101, (偏移)0101 0001 1000
换算成十六进制后可以得到如下结果
页目录索引 = 6, 页表项索引 = 0x2f5 , 偏移 = 0x518
2. 根据当前的CR3寄存器中的物理地址定位页目录表基址
Cr3中存放的是物理地址, 这个物理地址指向进程的页目录表基址, 由此可以得到
页目录表基址(PDE) = Cr3 = 0xAA0E5000
3. 计算页表项的地址
页表地址存放在页目录表(PDE)中的第6个项目中, 也就是
[0xAA0E5000 + 4 * 6] = [0xAA0E5018] = 0x3D955867, 其中0x00000867为该页表属性值, PTE = 0x3D955000
3. 计算页面物理地址
我们要找的页面在这个页表中的第0x2f5项, 所以虚拟地址所在的页的物理地址为
[0x3D955000 + 0x2f5 * 4] = [0x3D955BD4] =
假设[0x3D955BD4] = 0x7095e847, 页面的物理地址 x0x7095e000, 0x00000847表示的是页面属性
4. 计算最终的物理地址
由虚拟地址分离的偏移可以计算出最终的物理地址为
0x7095E000 + 0x00000518 = 0x7095E518.
虚拟地址和物理地址的概念
CPU通过地址来访问内存中的单元，地址有虚拟地址和物理地址之分，如果CPU没有MMU(Memory Management Unit，内存管理单元)，或者有MMU但没有启用，CPU核在取指令或访问内存时发出的地址将直接传到CPU芯片的外部地址引脚上，直接被内存芯片(以下称为物理内存，以便与虚拟内存区分)接收，这称为物理地址(Physical Address，以下简称PA)，如下图所示。
物理地址示意图
如果CPU启用了MMU，CPU核发出的地址将被MMU截获，从CPU到MMU的地址称为虚拟地址(Virtual Address，以下简称VA)，而MMU将这个地址翻译成另一个地址发到CPU芯片的外部地址引脚上，也就是将虚拟地址映射成物理地址，如下图所示[1]。
虚拟地址示意图
MMU将虚拟地址映射到物理地址是以页(Page)为单位的，对于32位CPU通常一页为4K。例如，虚拟地址0xb700 1000~0xb700 1fff是一个页，可能被MMU映射到物理地址0x2000~0x2fff，物理内存中的一个物理页面也称为一个页框(Page Frame)。
内核也不能直接访问物理地址.但因为内核的虚拟地址和物理地址之间只是一个差值0xc0000000的区别,所以从物理地址求虚拟地址或从虚拟地址求物理地址很容易,+-这个差就行了
物理地址(physical address)
用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。
——这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。所以，说它是“与地址总线相对应”，是更贴切一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。也许错误的理解更利于形而上的抽像。
虚拟内存(virtual memory)
这是对整个内存(不要与机器上插那条对上号)的抽像描述。它是相对于物理内存来讲的，可以直接理解成“不直实的”，“假的”内存，例如，一个0x08000000内存地址，它并不对就物理地址上那个大数组中0x08000000 - 1那个地址元素;
之所以是这样，是因为现代操作系统都提供了一种内存管理的抽像，即虚拟内存(virtual memory)。进程使用虚拟内存中的地址，由操作系统协助相关硬件，把它“转换”成真正的物理地址。这个“转换”，是所有问题讨论的关键。
有了这样的抽像，一个程序，就可以使用比真实物理地址大得多的地址空间。(拆东墙，补西墙，银行也是这样子做的)，甚至多个进程可以使用相同的地址。不奇怪，因为转换后的物理地址并非相同的。
——可以把连接后的程序反编译看一下，发现连接器已经为程序分配了一个地址，例如，要调用某个函数A，代码不是call A，而是call 0x0811111111 ，也就是说，函数A的地址已经被定下来了。没有这样的“转换”，没有虚拟地址的概念，这样做是根本行不通的。
打住了，这个问题再说下去，就收不住了。
逻辑地址(logical address)
Intel为了兼容，将远古时代的段式内存管理方式保留了下来。逻辑地址指的是机器语言指令中，用来指定一个操作数或者是一条指令的地址。以上例，我们说的连接器为A分配的0x08111111这个地址就是逻辑地址。
——不过不好意思，这样说，好像又违背了Intel中段式管理中，对逻辑地址要求，“一个逻辑地址，是由一个段标识符加上一个指定段内相对地址的偏移量，表示为 [段标识符：段内偏移量]，也就是说，上例中那个0x08111111，应该表示为[A的代码段标识符: 0x08111111]，这样，才完整一些”
线性地址(linear address)或也叫虚拟地址(virtual address)
跟逻辑地址类似，它也是一个不真实的地址，如果逻辑地址是对应的硬件平台段式管理转换前地址的话，那么线性地址则对应了硬件页式内存的转换前地址。
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CPU将一个虚拟内存空间中的地址转换为物理地址，需要进行两步：首先将给定一个逻辑地址(其实是段内偏移量，这个一定要理解!!!)，CPU要利用其段式内存管理单元，先将为个逻辑地址转换成一个线程地址，再利用其页式内存管理单元，转换为最终物理地址。
这样做两次转换，的确是非常麻烦而且没有必要的，因为直接可以把线性地址抽像给进程。之所以这样冗余，Intel完全是为了兼容而已。
物理地址就是，机器内主存的地址，包括RAM和ROM
逻辑地址就是，程序运行在内存中，使用的地址。
虚拟地址就是，cpu支持的内存空间远远大于机器主存的大小，这些多出来的空间对于程序来说是可以用的，这个时候的所有地址都称为虚拟地址
物理地址：最小系统下的存储器的实际地址，一般只是由CPU内存控制器(地址线)可以管理的容量为最大地址，而实际上这个容量(由地址产生的)远大于实际存在的容量;实际的存储器容量所需要的地址(内存)控制器管理的容量;它的大小一般由芯片决定
逻辑地址：相对程序员而言使用的地址，或说程序无需知道具体的实际地址管理数，而只要在系统(操作)允许范围内使用就行了(这时使用的是一种算法控制下的地址，实际上它只是借用地址概念产生的程序运行模式)，它所要说明的是方便，也就是一个线性的(最好)的程序(指令)排列方式。它的大小一般由操作系统决定
虚拟地址：将具有存储功能的所有存储器(不仅仅是最小系统概念下的)，进行“统一”编址，而不考虑存储器之间的差异(快慢等)，这时的地址是一个比逻辑地址理会数学化的编号(地址)，它的大小等往往由应用程序决定
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