1.页内地址=块内地址。
2.逻辑地址=页号+页内地址(块内地址)。
3.当逻辑地址为十六进制时,先将地址化为二进制,取前六位为页号。通过对应关系得出块号。真实的物理地址为“块号 块内地址”。
4.当逻辑地址为十进制时,页号等于逻辑地址/页面大小,商为页号,通过对应关系得出块号,余数为偏移量。物理地址为“块号*页面大小+偏移量”。
1. 物理地址和逻辑地址
物理地址:加载到内存地址寄存器中的地址,内存单元的真正地址。在前端总线上传输的内存地址都是物理内存地址,编号从0开始一直到可用物理内存的最高端。这些数字被北桥(Nortbridge chip)映射到实际的内存条上。物理地址是明确的、最终用在总线上的编号,不必转换,不必分页,也没有特权级检查(no translation, no paging, no privilege checks)。
逻辑地址:CPU所生成的地址。逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一。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(偏移地址),不和绝对物理地址相干。
为什么会有这两种地址?
个人觉的原因在于逻辑地址分配更加灵活,可以允许不唯一,看起来也较为直观,例如,一段代码中分配数组,逻辑地址上是连续的,然而在物理地址上,这个数组所占用的页可能分散开来,物理地址上就是不连续的,这样对程序的可理解性上有影响。另外,有了逻辑地址这个概念,才能使用虚拟内存技术。
2. Paging,分页内存管理方案
(1) 分页的最大作用就在于:使得进程的物理地址空间可以是非连续的。
物理内存被划分为一小块一小块,每块被称为帧(Frame)。分配内存时,帧是分配时的最小单位,最少也要给一帧。在逻辑内存中,与帧对应的概念就是页(Page)。
逻辑地址的表示方式是:前部分是页码后部分是页偏移。
例如,已知逻辑空间地址为2^m个字节(也就是说逻辑地址的长度是m位),已知页大小是2^n字节。那么一共可以有2^(m-n)个页。因此页码部分会占m-n位,之后的n位,用来存储页偏移。
举个例子, 页大小为4B,而逻辑内存为32B(8页),逻辑地址0的页号为0,页号0对应帧5,因此逻辑地址映射为物理地址5*4+0=20。逻辑地址3映射物理地址5*4+3=23。逻辑地址13(4*3+1,页号为3,偏移为1,因此帧号为2),映射到物理地址9。
采用分页技术不会产生外部碎片(内存都被划分为帧),但可能产生内部碎片(帧已经是最小单元,因此帧内部可能有空间没有用到)。
按概率计算下来,每个进程平均可有半个帧大小的内部碎片。
(2) 页表的硬件实现
上一小节中写到页表是逻辑地址转化到物理地址的关键所在。那么页表如何存储?
每个操作系统都有自己的方法来保存页表。绝大多数都会为每个进程分配一个页表。现在由于页表都比较大,所以放在内存中(以往是放在一组专用寄存器里),其指针存在进程控制块(PCB)里,当进程被调度程序选中投入运行时,系统将其页表指针从进程控制块中取出并送入用户寄存器中。随后可以根据此首地址访问页表。
页表的存储方式是TBL(Translation look-aside buffer, 翻译后备缓冲器)+内存。TBL实际上是一组硬件缓冲所关联的快速内存。若没有TBL,操作系统需要两次内存访问来完成逻辑地址到物理地址的转换,访问页表算一次,在页表中查找算一次。TBL中存储页表中的一小部分条目,条目以键值对方式存储。
(3) 页表的数据结构
a.
今年是2013年,现有的笔记本电脑,内存地址空间一般为2^32字节以上。对于具有32位逻辑地址空间的计算机系统,如果系统的页大小为4KB(2^12B),那么页表可以拥有2^(32-12)个,也就是一百多万个条目,假设每个条目占有4B,那每个进程都需要4MB的物理地址空间来存放页表本身。而且,页表本身需要分配在连续内存中。
为此,Hierarchical Paging(层次化分页)被提出,实际上就是将页号分为两部分,第一部分作为索引,第二部分作为页号的偏移。
以一个4kb页大小的32位系统为例。一个逻辑地址被分为20位的页码和12位的页偏移。因为要对页表进行再分页,所以该页号可分为10位的页码和10位的页偏移。这样一个逻辑地址就表示如下形式:
地址转换过程如下:
地址由外向内转换,因此此方法也被称为forward-mapped page table(向前映射表)。
(1)物理地址
CPU地址总线传来的地址,由硬件电路控制其具体含义。物理地址中很大一部分是留给内存条中内存的,但也常被映射到其他存储器上(如显存、bios等)。在程序指令中的虚拟地址经过段映射和页面映射后,就生成了物理地址,这个物理地址被放到CPU的地址线上。
(2)总线地址
总线的地址线或在地址周期上产生的信号。外设使用的是地址总线,cpu使用的是物理地址。
物理地址和总线地址之间的关系有系统设计决定的。在X86平台上,物理地址就是总线地址,这是因为它们共享相同的地址空间。在其他平台上,可能需要转换/映射。
(3)虚拟地址
现代操作系统普遍采用虚拟内存管理(virtual memory management)机制,这需要MMU的支持。MMU通常是CPU的一部分,如果处理器没有MMU,或者有MMU但没有启用,CPU执行单元发出的内存地址将直接传到芯片引脚上,被内存芯片(物理内存)接收,这成为物理地址,如果处理器启用了MMU,CPU执行单元发出的内存地址将被MMU截获,从CPU到MMU的地址称为虚拟地址,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,也就是讲虚拟地址映射成物理地址。
linux中,进程的4GB内存分为用户空间和内核空间。用户空间分布为1~3GB剩下的1GB为内核空间。程序员只能使用虚拟地址。系统中每个进程有各自的私有用户控件(0~3GB),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。
编址方式
1.页内地址=块内地址。
2.逻辑地址=页号+页内地址(块内地址)。
3.当逻辑地址为十六进制时,先将地址化为二进制,取前六位为页号。通过对应关系得出块号。真实的物理地址为“块号 块内地址”。
4.当逻辑地址为十进制时,页号等于逻辑地址/页面大小,商为页号,通过对应关系得出块号,余数为偏移量。物理地址为“块号*页面大小+偏移量”。
转载于:https://www.cnblogs.com/2sheep2simple/p/10233762.html
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)。
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。
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。