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Chinaunix

標(biāo)題: 一幅圖讓你徹底明白虛擬地址與物理地址的映射關(guān)系 [打印本頁]

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-05 20:29
標(biāo)題: 一幅圖讓你徹底明白虛擬地址與物理地址的映射關(guān)系

這是今天在一本書上面看到的的圖，以前就是不明白虛擬地址和物理地址是什么關(guān)系，后來是看了內(nèi)核情景分析才弄明白。要是早看到這么形象的圖，就容易理解多了。所以馬上自己照著畫了一遍，跟大家分享。

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-05 20:30
圖看上去有點(diǎn)不清楚，點(diǎn)擊放大了以后就比較清楚了。

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作者: scutan    時(shí)間: 2011-01-05 21:24
呵呵，樓主看的哪本書？

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作者: wzypunk    時(shí)間: 2011-01-05 23:35
宏觀圖，呵呵，感覺微觀圖比較復(fù)雜

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作者: dreamice    時(shí)間: 2011-01-06 09:02

這是今天在一本書上面看到的的圖，以前就是不明白虛擬地址和物理地址是什么關(guān)系，后來是看了內(nèi)核情景分析 ...
ywf851207 發(fā)表于 2011-01-05 20:29

    沒太看明白。
沒讓大家看你頭像的這幅圖就好了

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作者: wloveg    時(shí)間: 2011-01-06 09:15

呵呵，樓主看的哪本書？
scutan 發(fā)表于 2011-01-05 21:24

    應(yīng)該是《ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)-軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化》這本，第14章479頁，我看了一些，還不錯(cuò)！

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作者: wsw1wsw2    時(shí)間: 2011-01-06 09:52
“虛擬存儲器件”如果改成“虛擬地址空間”我覺得更加能表達(dá)意思。因?yàn)椤捌骷�”總是讓人覺得是物理實(shí)在的東西，而“空間”更加傾向于邏輯思想。

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作者: amarant    時(shí)間: 2011-01-06 10:25
挺好的，只是有點(diǎn)不足的是。。這會(huì)讓讀者誤解認(rèn)為每個(gè)任務(wù)的物理存儲地址是獨(dú)立的

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作者: jerometao    時(shí)間: 2011-01-06 11:23
提示: 作者被禁止或刪除 內(nèi)容自動(dòng)屏蔽

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作者: Godbach    時(shí)間: 2011-01-06 11:35
沒太看明白。

LZ 這里的三個(gè)任務(wù)是同時(shí)再進(jìn)行嗎？

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作者: wzypunk    時(shí)間: 2011-01-06 13:01
樓主應(yīng)該是想說每個(gè)進(jìn)程都有自己的虛擬地址空間和頁表吧

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作者: L_kernel    時(shí)間: 2011-01-06 13:26

“虛擬存儲器件”如果改成“虛擬地址空間”我覺得更加能表達(dá)意思。因?yàn)椤捌骷�”總是讓人覺得是物理實(shí)在的東 ...
wsw1wsw2 發(fā)表于 2011-01-06 09:52

我一直認(rèn)為的都是虛擬地址空間，怎麼又搞出了一個(gè)虛擬存儲器件來了？這個(gè)寫出的，哎~~

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作者: L_kernel    時(shí)間: 2011-01-06 13:27

圖看上去有點(diǎn)不清楚，點(diǎn)擊放大了以后就比較清楚了。
ywf851207 發(fā)表于 2011-01-05 20:30

即使這樣子，還是看得不太明白的。

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作者: vivisunjianwei    時(shí)間: 2011-01-06 19:03
這個(gè)圖里的虛擬存儲器件就換成虛擬地址

物理存儲器件就換成物理地址

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-09 17:15

求樓主頭像大圖
jerometao 發(fā)表于 2011-01-06 11:23

呵呵 看來還是腿比較有誘惑力啊。。。。

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作者: jcz37489    時(shí)間: 2011-01-09 22:00
回復(fù) 1# ywf851207


    不明白啊，各自進(jìn)程的虛擬地址一樣的，所對應(yīng)的物理地址不一樣，是這意思吧，這圖也分得太開了吧。

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作者: wenny198561    時(shí)間: 2011-01-10 09:51
Ding

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作者: omycle    時(shí)間: 2011-01-10 11:21
LZ LOGO很好。

感謝lz分享學(xué)習(xí)的快樂。雖然這個(gè)圖說明不了問題，但是你的心意哥哥們還是懂得的。

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-11 18:41
回復(fù) 16# jcz37489


    呵呵 就是這個(gè)意思，呵呵。我是初學(xué)者呵呵，比較菜。賺點(diǎn)人氣，以后多多向哥哥們學(xué)習(xí)。。。。{:2_168:}

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-11 18:42
回復(fù) 14# vivisunjianwei


    有道理 真是誤人子弟了啊 呵呵

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-11 20:19

1. #define DEVICE_NAME "GPIO-Control"
   
2. 
   
3. #define IOCTL_GPIO_ON        1
   
4. #define IOCTL_GPIO_OFF        0
   
5. 
   
6. static unsigned long gpio_table [] =
   
7. {
   
8.         S3C2410_GPB5,
   
9.         S3C2410_GPB6,
   
10.         S3C2410_GPB7,
    
11.         S3C2410_GPB8,
    
12. };
    
13. 
    
14. static unsigned int gpio_cfg_table [] =
    
15. {
    
16.         S3C2410_GPB5_OUTP,
    
17.         S3C2410_GPB6_OUTP,
    
18.         S3C2410_GPB7_OUTP,
    
19.         S3C2410_GPB8_OUTP,
    
20. };
    
21. 
    
22. static int tq2440_gpio_ioctl(
    
23.         struct inode *inode,
    
24.         struct file *file,
    
25.         unsigned int cmd,
    
26.         unsigned long arg)
    
27. {
    
28.         if (arg > 4)
    
29.         {
    
30.                 return -EINVAL;
    
31.         }
    
32. 
    
33.         switch(cmd)
    
34.         {
    
35.                 case IOCTL_GPIO_ON:
    
36.                         s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[arg], 0);
    
37.                         return 0;
    
38. 
    
39.                 case IOCTL_GPIO_OFF:
    
40.                         s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[arg], 1);
    
41.                         return 0;
    
42. 
    
43.                 default:
    
44.                         return -EINVAL;
    
45.         }
    
46. }
    
47. 
    
48. static struct file_operations dev_fops = {
    
49.         .owner        =        THIS_MODULE,
    
50.         .ioctl        =        tq2440_gpio_ioctl,
    
51. };
    
52. 
    
53. static struct miscdevice misc = {
    
54.         .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    
55.         .name = DEVICE_NAME,
    
56.         .fops = &dev_fops,
    
57. };
    
58. 
    
59. static int __init dev_init(void)
    
60. {
    
61.         int ret;
    
62. 
    
63.         int i;
    
64.        
    
65.         for (i = 0; i < 4; i++)
    
66.         {
    
67.                 s3c2410_gpio_cfgpin(gpio_table[i], gpio_cfg_table[i]);
    
68.                 s3c2410_gpio_setpin(gpio_table[i], 0);
    
69.         }
    
70. 
    
71.         ret = misc_register(&misc);
    
72. 
    
73.         printk (DEVICE_NAME" initialized\n");
    
74. 
    
75.         return ret;
    
76. }
    
77. 
    
78. static void __exit dev_exit(void)
    
79. {
    
80.         misc_deregister(&misc);
    
81. }
    
82. 
    
83. module_init(dev_init);
    
84. module_exit(dev_exit);
    
85. 
    
86. MODULE_LICENSE("GPL");
    
87. MODULE_AUTHOR("www.embedsky.net");
    
88. MODULE_DESCRIPTION("GPIO control for EmbedSky SKY2440/TQ2440 Board");
    

復(fù)制代碼

我在這個(gè)LED驅(qū)動(dòng)程序中怎么沒有看到虛擬地址到物理地址的映射啊，我覺得應(yīng)該有一個(gè)ioremap（）才對啊，怎么沒有呢？為了不耽誤大家逛MM論壇的時(shí)間，先發(fā)張MM圖。。。。

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作者: ywf851207    時(shí)間: 2011-01-11 21:44
從線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，實(shí)際上是一種映射。所有進(jìn)程的3~4G的線性地址實(shí)際上是映射到相同的物理地址的。這一點(diǎn)不多說了。為了方便起見， 3~4G的線性地址與對應(yīng)的物理地址基本上是呈線性關(guān)系的。即線性地址=物理地址+3G。但是如果把這1G的線性地址都簡單地處理為對應(yīng)物理地址+3G，就會(huì)有新的問題產(chǎn)生。例如，如果物理地址大于4G，那么內(nèi)核就沒法訪問這些地址了。所以，內(nèi)核必須要從這1G的線性空間中預(yù)留一部分，作其它用途，（例如，映射高端物理地址）。經(jīng)過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)128M線性地址夠用了。所以，3~4G的線性地址中896M映射到物理地址中的0~896M，剩下的128M挪作它用，例如，內(nèi)核空間的非線性映射（在vmalloc中使用）以及高于4G的物理地址的映射。
        我曾經(jīng)產(chǎn)生過的疑問：
        1.如果物理內(nèi)存小于896M，那不是所有的物理地址都被內(nèi)核用完，沒有內(nèi)存留給用戶空間了么？
        事實(shí)上，小于896M時(shí)，同一塊物理內(nèi)存可能同時(shí)被映射到用戶空間和內(nèi)核空間，從數(shù)學(xué)的角度來講，也就是所謂的“雙箭一雕”。我們相信內(nèi)核是沒有bug的，所以不用擔(dān)心因此產(chǎn)生的內(nèi)核對用戶空間數(shù)據(jù)破壞的可能性。
        2.如果物理內(nèi)存小于896M，所有物理內(nèi)存地址都與內(nèi)核線性地址相差3G，那vmalloc不是沒有內(nèi)存使用了么？
        不使用vmalloc當(dāng)然是不可能的，因?yàn)槟�塊裝載時(shí)就會(huì)用到vmalloc。原理與問題1一樣，即使在內(nèi)核空間，也可能多個(gè)線性地址映射到同一個(gè)物理地址，也就是“雙箭一雕”。所以vmalloc仍然能獲得相應(yīng)的物理內(nèi)存。
        對以上兩個(gè)問題的小結(jié)。系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)把前896M物理地址映射到3G以上的線性空間。但是映射不等于使用。事實(shí)上內(nèi)核只使用了很小一部分（一般才幾M）。只要有足夠的未使用的物理內(nèi)存，用戶進(jìn)程和vmalloc都不會(huì)有問題。
        3.如果物理內(nèi)存大于896M。那對內(nèi)核而言不是無法在同一時(shí)刻訪問所有的物理內(nèi)存了么？
        是的，雖然內(nèi)核可以通過臨時(shí)映射和永久映射來訪問所有的物理內(nèi)存，但是用到的線性地址很有限，即一次只能訪問一小部分物理內(nèi)存。當(dāng)無法訪問到更高地址物理內(nèi)存時(shí)，只能通過修改內(nèi)核頁表來達(dá)到目的。但是，這對內(nèi)核就足夠了。因?yàn)樯厦嬲f過，內(nèi)核所需要的內(nèi)存很少。內(nèi)核只是偶爾會(huì)訪問一下高端內(nèi)內(nèi)存。而對于用戶進(jìn)程而言，只要頁表開啟了PAE，就可以訪問64G以內(nèi)的物理內(nèi)存（雖然只有4G的線性空間，但是也足夠了。）
        4.內(nèi)核頁表是如何共享的呢？
        我們知道所有的進(jìn)程共享內(nèi)核空間，所以共享內(nèi)核頁表是很自然的事。理論上內(nèi)核只有一個(gè)頁表，對應(yīng)的內(nèi)核全局頁目錄swapper_pg_dir，所有進(jìn)程的頁目錄的最高256項(xiàng)與swapper_pg_dir相同�？上У氖�，每個(gè)進(jìn)程有自己的頁目錄，共1024項(xiàng)。其中最高的256項(xiàng)指向的是內(nèi)核空間。盡管這些頁目錄項(xiàng)可以指向同樣的內(nèi)核頁表，但是一旦內(nèi)核頁目錄改變了，所有進(jìn)程的頁目錄都需要同步。這種情況是存在的。比如內(nèi)核調(diào)用vmalloc時(shí)。
        幸虧有了頁錯(cuò)誤，我們可以從容地處理頁目錄的同步。如果內(nèi)核調(diào)用了vmalloc，內(nèi)核只修改內(nèi)核全局頁目錄。當(dāng)其它進(jìn)程訪問vmalloc產(chǎn)生的線性空間時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頁錯(cuò)誤。頁錯(cuò)誤處理程序可以判斷當(dāng)前的頁錯(cuò)誤是由于vmalloc產(chǎn)生的，于是修改對應(yīng)的頁目錄，使它們與內(nèi)核全局頁目錄保持一致。

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作者: duanius    時(shí)間: 2011-01-12 10:19

求樓主頭像大圖
jerometao 發(fā)表于 2011-01-06 11:23

    同求，最好是仰視角度

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作者: sky-鵬    時(shí)間: 2011-01-14 12:00
沒整明白

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作者: stoneyzjw    時(shí)間: 2011-01-25 13:30
看看操作系統(tǒng)原理就明白了。

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作者: amarant    時(shí)間: 2011-01-25 14:22
22樓的總結(jié)非常好啊。好多問題我也困惑了很久。

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作者: amarant    時(shí)間: 2011-01-25 14:40

我在這個(gè)LED驅(qū)動(dòng)程序中怎么沒有看到虛擬地址到物理地址的映射啊，我覺得應(yīng)該有一個(gè)ioremap（）才對啊，怎么 ...
ywf851207 發(fā)表于 2011-01-11 20:19

    你看看S3C2410_GPB5_OUTP的定義吧。

    我拿一個(gè)我這里的定義，不知道跟你是不是一樣，我覺得應(yīng)該有一個(gè)地方把這里映射到了寄存器上了。我再仔細(xì)看看arm啟動(dòng)分析去


#define S3C64XX_GPCCON                  (S3C64XX_GPC_BASE + 0x00)
#define S3C64XX_GPC_BASE        (S3C64XX_VA_GPIO + 0x0040)
#define S3C64XX_VA_GPIO         S3C_ADDR(0x00500000)
#define S3C_ADDR(x)     ((void __iomem __force *)S3C_ADDR_BASE + (x))

/* Fit all our registers in at 0xF4000000 upwards, trying to use as
* little of the VA space as possible so vmalloc and friends have a
* better chance of getting memory.
*
* we try to ensure stuff like the IRQ registers are available for
* an single MOVS instruction (ie, only 8 bits of set data)
*/

#define S3C_ADDR_BASE   (0xF4000000)

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作者: shenyanxxxy    時(shí)間: 2011-02-01 17:03
宏觀上可以這么理解吧。言簡易懂

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作者: mi_zy    時(shí)間: 2011-02-02 17:26
回復(fù) 1# ywf851207


   

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作者: 東方云濱    時(shí)間: 2012-06-27 17:08
怎么看不見圖啊啊

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作者: lelee007    時(shí)間: 2014-08-28 18:18
22樓講解很到位

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