探究Linux物理地址：了解计算机内存管理 (linux看物理地址)

在现代计算机系统中，内存是一项非常重要且必不可少的资源。内存管理就成为操作系统设计的一个重要组成部分。在Linux系统中，内存管理的一个关键部分就是物理地址的管理。了解Linux物理地址的管理方式，有助于开发人员更好地利用内存资源，提高系统性能。

物理内存地址和虚拟内存地址

在计算机系统中，内存被划分为两种类型的地址：物理内存地址和虚拟内存地址。物理地址是内存中实际的地址，可以由硬件访问。而虚拟地址是进程使用的地址，它被翻译成物理地址才能访问内存。

虚拟地址是进程使用的地址空间，每个进程拥有独立的地址空间。在Linux中，每个进程都有自己的地址空间，使得每个进程可以使用相同的地址空间相互隔离。这种隔离使得进程不会互相干扰，从而保证了系统安全性。

虚拟地址空间的概念

在32位Linux系统中，虚拟地址空间被划分为以下几部分：

– 用户空间：这是进程可以使用的主要地址空间。在32位系统中，用户空间范围是0x00000000到0xffffffff。其中，前3GB是可用的，后1GB是内核空间使用的。用户空间的具体内存布局是由进程的代码、数据、栈和堆组成的。

– 内核空间：这是系统内核使用的地址空间。在32位系统中，内核空间的地址范围是0xc0000000到0xffffffff。内核空间包含了Linux内核的代码和数据结构。这个空间只对内核模式可用，任何进程都不能直接读取或写入。

虚拟地址转换为物理地址

虚拟地址是每个进程使用的地址空间，而物理地址是实际存储数据的地址。那么虚拟地址如何转换成物理地址呢？

在Linux系统中，大多数计算机使用了分页的内存管理方式。内存被划分为大小相等的页，每页大小通常为4KB。当进程从虚拟地址空间中访问数据时，虚拟地址会被分成两个部分：页地址和页内偏移地址。页地址指定了数据所在的物理页，而页内偏移地址指定了数据在物理页中的偏移量。

虚拟地址转换为物理地址的过程包括以下几个步骤：

– 将虚拟地址的高位指向页表。

– 从页表中读取物理页的地址。

– 添加偏移量，计算出物理地址。

这个过程由硬件实现，在硬件层面，CPU有一个叫做MMU（内存管理单元）的部件，用来管理虚拟地址与物理地址的转换。MMU负责将虚拟地址翻译成物理地址，并通过总线将数据写入物理地址。

Linux物理地址空间

在Linux系统中，物理地址被管理在物理页面描述符（Page Frame Descriptor）中。每个PFD用于描述内存中的一页，包括页的状态（被分配或空闲）、页的虚拟地址和页的物理地址等信息。

物理地址空间可以分为以下几个部分：

– 低端内存：这部分内存主要用于向低端设备（例如显卡）提供缓冲区。低端内存的大小为1MB。

– 高端内存：这部分内存的大小不受物理地址控制。一般情况下，Linux分配2GB内存用于用户进程，剩余内存被用于高端内存。

– BIOS区域：这部分内存用于存放BIOS程序及其数据。

Linux内存管理的物理地址部分使用分页机制，使得虚拟地址可以转换成物理地址。同时，Linux的物理地址空间被划分成低端内存、高端内存和BIOS区域。

了解Linux物理地址管理方式对于开发人员来说是非常重要的。在设计和开发Linux内核和进程时，可以更好地利用内存资源，提高系统性能。