Linux操作系统基础知识之二：内存寻址

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)。