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通过linux0.11源码理解进程的虚拟地址、线性地址、物理地址

进程的地址有三种，分别是虚拟地址（逻辑地址）、线性地址、物理地址。在分析之前先讲一下进程执行的时候，地址的解析过程。...然后根据cs的值选择idt表格中的一项，从而得到代码段的基地址和限长，用基地址加上ip指向的偏移得到一个线性地址，这个线性地址分为三个部分，分别是页目录索引，页表索引，物理地址偏移。...然后到页目录吧和页表中找到物理地址基地址，再加线性地址中的偏移部分，得到物理地址。下面我们看看这些内容是怎么设置的，使得执行的时候能正确找到我们想要的地址去执行代码。我们从fork函数开始。...用线性地址的首地址加上ip 中的偏移，得到线性地址，然后再通过页目录和页表得到物理 地址，物理地址还没有分配则进行缺页异常等处理。...接着计算一个在全局描述符GDT中的一个索引，这个索引是ldt选择子。后面会讲到。然后计算进程的代码和数据的线性地址首地址和限长，写到ldt的描述符中。接着复制页表，但是不分配物理地址。

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虚拟地址（VA，virtual address）到物理地址（PA, ，physical address）的转换

在系统层面上，虚拟地址产生的原因之一也是因为软件应用的地址空间远大于实际物理空间。这个时候系统上的硬件或者软件除了需要完成业务，还要进行VA到PA的转换，让业务访问到实际的物理地址空间。...虚拟地址产生的另外一个原因就是给软件减负，在撸代码的时候不会关心变量具体存在那里，会不会和其它的地址范围发生冲突。 ?...为了实现虚拟地址到物理地址的转换，那么就需要硬件具有格外的资源存储VA2PA的转换关系，即页表。 ? 那么这个时候就会涉及粒度问题，对，就是最近互联网黑话“颗粒度”中的“粒度”。...如果是4KB粒度，VA的低12bit就等于PA的低12bit；如果是16KB粒度，VA的低14bit就等于PA的低14bit；如果是64KB粒度，VA的低16bit就等于PA的低16bit，这也是数字芯片中业务需求和硬件资源中的一种权衡...页表中除了保存着VA到PA的转换关系，还可以保存着相应存储空间的各种属性（比如可执行、可读和可写属性）。

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    浅析如何把逻辑地址转换为物理地址

    摘要：微信搜索【三桥君】 本文只讲逻辑地址转换为物理地址的计算方法 一、依据 （1）计算十六进制使用公式 逻辑地址=页号+页内地址 物理地址=块号+页内地址 【解析】 逻辑地址转换为物理地址其实就是页号转换为块号...他们之间的页内地址是一样的。 然后，我们要搞清楚页号、块号、页内地址怎么求的，然后通过公式带进去就可以求出逻辑/物理地址。...页内地址的表达方式是2进制的，所以不管给的逻辑地址、物理地址都先转换为2进制。具体页内地址取几位，通过题目给的去求，如“每页为1KB”。...假定用户程序的页表如下所示。请计算逻辑地址0A5CH所对应的物理地址。...【说明】 其实这题逻辑地址转换为物理地址的做法就是： 把逻辑地址的页号部分：0000 1010 0101 1100 转换成对应物理地址的块号：0001 0010 0101 1100 这样就完成了转换

    70210

    手动玩转虚拟地址到物理地址转化

    我们这次来根据dump动手来实际转化一个虚拟地址到物理地址，此次的地址不是线性地址映射。...，而我们努力的方向就是物理地址：0xC549F000。...根据TTBR(0/1)寄存器获取到页表的基地址 页表基地址+PGD_Index获取PGD表中的一项，此项就是PMD表的基地址 根据PDM基地址+PMD_Index获取PMD中的一项，此项就是PTE表的基地址...根据PTE基地址+PTE_Index获取直接页表的基地址 根据直接页表的地址+offset就可以获取真正的物理地址 转化之前先确认的是此地址是属于用户空间还是内核空间。...present的意思是页是否是有效的，无效代表虚拟到物理地址之间的转化无效，当访问虚拟地址的时候就会page fault protection ：权限之类的，是否读写执行权限之类的。

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    「linux」物理地址，虚拟地址，内存管理，逻辑地址之间的关系

    物理地址属于比较好理解的，物理地址就是内存中每个内存单元的编号，这个编号是顺序排好的，物理地址的大小决定了内存中有多少个内存单元，物理地址的大小由地址总线的位宽决定!...当我们要对物理地址做操作时比如if语句要根据CPU的状态标志寄存器来做不同的跳转，那么这个时候就要对CPU额状态寄存器做操作了就必须知道它的物理地址，内存中有一个电子元件叫MMU负责从操作系统已经初始化好的内存映射表里查询与虚拟地址对应的物理地址并转换...，并将其转换成真正的实际物理地址，然后在对这个实际的物理地址给CPU，在由CPU去执行对应的命令，相反CPU往内存里读数据时比如A进程要读取内存中某个虚拟地址的数据，A进程里的指令给的是虚拟地址，MMU...首先会检查CPU的分页状态寄存器标志位是否被设置，如果被设置MMU会捕获这个虚拟地址并将其转换成相应的物理地址然后提交给CPU，在由CPU到内存中去取数据！...后面3位包含一些硬件细节，如图（转载百度百科）： image.png 逻辑地址即程序中的段地址，比如说0x1到0x4为一个页面，那么0x1-0x4之间的段地址称为逻辑地址，逻辑地址可以通过内存中的段数组里寻找段选择符

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    「linux」物理地址，虚拟地址，内存管理，逻辑地址之间的关系2

    线性地址： 线性地址是逻辑地址到物理地址之间的一个中间层变换，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，逻辑地址是如何知道自己的段基的址？...是通过局部LDT段描述符获取的。 如果启用了分页机制，那么MMU内存管理单元会在内存映射表里寻找与线性地址对应的物理地址。若没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。...7.内存中有一个叫MMU（内存管理单元）的电子元件负责从操作系统已经初始化好的内存映射表里查询与虚拟地址对应的物理地址并转换， 8.逻辑地址由两部份组成，段标识符和段内偏移量。...逻辑地址即程序中的段地址，比如说0x1到0x4为一个页面，那么0x1-0x4之间的段地址称为逻辑地址，逻辑地址可以通过内存中的段数组里寻找段选择符+段偏移地址轻易得到物理地址。...线性地址是逻辑地址到物理地址之间的一个中间层变换，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。

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    物理地址和虚拟地址的分布

    Linux物理地址和虚拟地址的关系 ? Linux 将 4G 的线性地址空间分为2部分，0~3G 为 user space，3G~4G 为 kernel space。...由于开启了分页机制，内核想要访问物理地址空间的话，必须先建立映射关系，然后通过虚拟地址来访问。为了能够访问所有的物理地址空间，就要将全部物理地址空间映射到 1G 的内核线性空间中，这显然不可能。...于是，内核将 0~896M 的物理地址空间一对一映射到自己的线性地址空间中，这样它便可以随时访问 ZONE_DMA 和 ZONE_NORMAL 里的物理页面；此时内核剩下的 128M 线性地址空间不足以完全映射所有的...ZONE_HIGHMEM，Linux 采取了动态映射的方法，即按需的将 ZONE_HIGHMEM 里的物理页面映射到 kernel space 的最后 128M 线性地址空间里，使用完之后释放映射关系...虽然这样存在效率的问题，但是内核毕竟可以正常的访问所有的物理地址空间了。 到这里我们应该知道了 Linux 是如何用虚拟地址来映射物理地址的，最后我们用一张图来总结一下： ?

    2.5K31

    揭示procpidpagemap：在Linux中将虚拟地址映射到物理地址

    二、了解虚拟地址到物理地址的转换虚拟地址和物理地址的概念:虚拟地址是指由CPU生成的地址，用来访问内存的数据。...操作系统的内存管理单元负责把虚拟地址转换为对应的物理地址，从而实现进程的正确访问和操作内存。在内存管理下，虚拟地址到物理地址的转换是由操作系统的内存管理单元（MMU）负责完成的。...开发语言实现从虚拟地址到物理地址转换的步骤：读取/proc/pid/maps文件并解析出虚拟地址范围。...五、总结/proc/pid/pagemap是一个特殊的文件，其中包含了有关进程的虚拟内存页与物理内存页框架之间映射的信息。它可以在Linux系统中实现虚拟地址到物理地址的转换。...功能：提供虚拟地址到物理地址的转换：/proc/pid/pagemap文件存储了进程的虚拟内存页到物理内存页框架的映射关系。通过读取和解析该文件，可以获得任意虚拟地址对应的物理地址。

    54500

    物理地址和虚拟地址的分布

    Linux物理地址和虚拟地址的关系 ? Linux 将 4G 的线性地址空间分为2部分，0~3G 为 user space，3G~4G 为 kernel space。...由于开启了分页机制，内核想要访问物理地址空间的话，必须先建立映射关系，然后通过虚拟地址来访问。为了能够访问所有的物理地址空间，就要将全部物理地址空间映射到 1G 的内核线性空间中，这显然不可能。...于是，内核将 0~896M 的物理地址空间一对一映射到自己的线性地址空间中，这样它便可以随时访问 ZONE_DMA 和 ZONE_NORMAL 里的物理页面；此时内核剩下的 128M 线性地址空间不足以完全映射所有的...ZONE_HIGHMEM，Linux 采取了动态映射的方法，即按需的将 ZONE_HIGHMEM 里的物理页面映射到 kernel space 的最后 128M 线性地址空间里，使用完之后释放映射关系...虽然这样存在效率的问题，但是内核毕竟可以正常的访问所有的物理地址空间了。 到这里我们应该知道了 Linux 是如何用虚拟地址来映射物理地址的，最后我们用一张图来总结一下： ?

    2.4K111

    linux内核空间进程为什么无论如何切换，内核地址空间转换到物理地址的关系是永远不变的？

    在Linux内核中，无论如何切换进程，内核地址空间转换到物理地址的关系是永远不变的，主要原因是内核地址空间在所有进程中是共享的。这种设计有几个关键点： 1....内核地址空间共享 在Linux操作系统中，每个进程都有自己独立的用户空间地址范围，但内核空间地址范围对所有进程是共享的。...内核地址空间映射 内核地址空间直接映射到物理内存的某个范围内，这种映射在系统启动时就已经建立，并且在系统运行期间保持不变。也就是说，内核空间的虚拟地址总是映射到相同的物理地址。 3....页表和地址转换 在x86架构中，内核和用户空间的地址转换通过页表来实现。每个进程都有自己的页表用于转换用户空间地址到物理地址。然而，所有进程共享同一个内核空间，因此这些页表中内核空间部分是相同的。...总结 由于内核地址空间在所有进程中是共享的，并且在系统启动时已经建立了固定的映射关系，内核地址空间转换到物理地址的关系在整个系统运行期间保持不变。

    63010

    深入理解虚拟 物理地址转换，页表--基于ARMV8

    页表转换寄存器描述符 1.1，页表/页目录结构 基于前言中的内核配置，内核采用39位虚拟地址，因此可寻址范围为2^39 = 512G,采用(linux 默认为五级页表，另外还有PUD,P4D，由于本文只配置三级...，该宏就产生这个对应项，即页表的线性地址 2....b,可变大小的内存块的地址(如果为块地址，其还需要加上va[offset]才能构成物理地址,所以称可变大小)。 c,可以标记为Fault或Invalid(无效条目)。...2.3 用户/内核PGD表基地址 基于之前的分析可知，用户虚拟地址和内核虚拟地址转换为物理地址的时候使用不同的页表基地址寄存器(TTBRx)，因此他们的转换是基于不同的全局页目录表PGD。...页表的查询，因此在进程切换时，TTBR0中的值(task_struct.mm.pgd)是要同时改变的，这也与linux中每一个进程都独占整个虚拟(此为512G)地址空间相对应； 三、转换流程 据此可以画出如下转换框图

    1.5K00

    Linux下内存空间分配、物理地址与虚拟地址映射

    一、Linux内核动态内存分配与释放 1.1 kmalloc函数 Kmalloc分配的是连续的物理地址空间。...IO地址； size：要映射的空间的大小； flags：要映射的IO空间的和权限有关的标志； phys_addr：是要映射的物理地址 size：是要映射的长度，单位是字节 头文件：#include linux...执行单元发出后，都会首先被MMU拦截并转换成物理地址，然后再发送给内存。...MMU中VA到PA映射的最小单位称为页(Page)，映射的最低粒度是单个虚拟页到物理页，页大小通常是4K，即一次最少要把4K大小的VA页块整体映射到4K的PA页块（从0开始4K对齐划分页块），页内偏移不变...ARM cpu地址转换涉及三种地址：虚拟地址（VA，Virtual Address），变换后的虚拟地址（MVA，Modified Virtual Address），物理地址（PA，Physical Address

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    【计算物理地址】计算存储器操作数的物理地址时候如何选择DS还是SS

    先看例题 DS=3000H,ES=4000H,SS=5000H,BX=0300H,BP=0050H,SI=0200H计算下列指令中存储器类型操作数的物理地址。...（1）MOV AL,[BP+5] （2）ADD AL,5[BX+SI] （3）MOV BP,[2000H]（4）ADD [BP][SI]+20H,AX并详细解释如何选择DS还是SS 要计算给定指令中的存储器类型操作数的物理地址...ADD [BP][SI]+20H,AX 段寄存器：因为涉及到BP寄存器，所以段寄存器为SS。...总结 MOV AL,[BP+5]: 物理地址 = 50055H (使用SS) ADD AL,5[BX+SI]: 物理地址 = 30505H (使用DS) MOV BP,[2000H]: 物理地址 = 32000H...(使用DS) ADD [BP][SI]+20H,AX: 物理地址 = 50270H (使用SS) 在计算物理地址时，选择DS还是SS的关键在于是否使用了BP寄存器：如果使用BP，则默认使用SS；否则使用

    71610

    【三桥君】如何通过分页存储管理系统将逻辑地址转换为物理地址？

    地址结构长度、页号与页内位移量是分页存储管理系统中的核心概念，它们共同决定了逻辑地址与物理地址的转换方式。 在分页存储管理系统中，如何将逻辑地址转换为物理地址？...这一问题不仅涉及到地址结构的理解，还需要通过实际应用来加深对转换过程的认识。对于初学者来说，地址转换往往显得复杂且难以入手。...从地址结构的定义到逻辑地址的分解，从物理地址的计算到实例分析，读者将能够全面了解地址转换的各个环节，从而提高存储管理的效率与准确性。...通过具体实例，演示逻辑地址与物理地址的转换过程。...通过实例分析，我们得到了逻辑地址与物理地址的转换结果。

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    操作系统中逻辑地址和物理地址的区别

    本文是关于操作系统中逻辑地址和物理地址之间的区别。计算机操作系统中的内存使用两种不同类型的地址。物理地址是内存的实际地址，如RAM，虚拟地址只是缓存和RAM之间的逻辑地址映射。...在操作系统中，我们使用 32 位体系结构中的 32 位地址空间和0xFFFFFFFF形式的十六进制数，从 0x00000000到0xFFFFFFFF。...然而，内存单元存储在由物理地址（用户未知）访问的主内存中，我们所知道的只是进程的逻辑地址。那么当我们需要访问进程的时候我们将如何访问物理地址呢？...图1.2：逻辑地址到物理地址的映射 这个内存管理单元对逻辑地址上的物理地址执行所有必需的映射。由MMU执行的非常基本的映射是由一种称为界限和基址的方案执行的。这是执行映射可以使用的最简单的方法。...2.2、基址和界限法 图1.3：基地址和边界地址的转换 在基于界限和基址的方法中，每个 MMU 单元都有两个寄存器，称为基址寄存器和界限寄存器。

    3.7K30

    给你的系统增加对物理地址的验证

    给你的系统增加对物理地址的验证 我们开发出一个系统之后，经常有很多方法来保护我们的系统不受别人非法使用，比如说采用注册码，根据IP地址进行限制等。...，因为电脑的物理地址已经改变，所以原来所使用的注册码将失效，这样可以防止了系统的非法拷贝。...开发原理 其中这个原理比较简单，首先我们是根据用户提供的物理地址制作出一个license文件（或者是注册码，这个注册码是根据保护了物理地址的信息，不过最好是要先通过编码），就是通过系统的命令来获得电脑的物理地址...，比如说windows系统的“ipconfig /all”命令，这样就可以获得该电脑的物理地址；然后我们根据这个物理地址跟注册码中获得的物理地址进行比较，如果相同的话，就允许使用系统，否则，不允许使用系统...接下来我们就要对这个信息跟注册码里面的信息进行比较了，不过这里有个问题，就是不同的系统获得物理地址的命令是不同的，windows系统是采用ipconfig /all命令，而linux和unix系统是采用

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    用户态进程如何得到虚拟地址对应的物理地址？

    一般我们不需要从用户态得到进程虚拟地址对应的物理地址，因为一般来说用户进程是完全不关心物理地址的。 少数应用场景下，用户可能会关心，比如在用户态做DMA的场景（如DPDK之类的）。...还有一些场景，比如想调试剖析每一页的内存占用情况，是否swap出去了等。 从用户态得到虚拟地址对应的物理地址，我们不可能去walk进程的page table，也没有权限。...在/proc/pid/下面有个文件叫pagemap，它会每个page，生成了一个64bit的描述符，来描述虚拟地址这一页对应的物理页帧号或者SWAP里面的便宜，详见文档： linux/Documentation...下面我们忽略swap的影响（假设关闭了swap或者page一直是pin的状态），从DPDK抄一段虚拟地址转换为物理地址的代码： #define phys_addr_t uint64_t #define...得到这页起始的物理地址，之后加上virtaddr % page_size的页内偏移，得到最终的物理地址。

    4.5K21

    【Linux 内核 内存管理】内存映射原理 ① ( 物理地址空间 | 外围设备寄存器 | 外围设备寄存器的物理地址 映射到 虚拟地址空间 )

    文章目录 一、物理地址空间 二、外围设备寄存器 三、外围设备寄存器物理地址 映射到 虚拟地址空间 一、物理地址空间 ---- " 物理地址空间 “ 是 CPU 处理器 在 ” 总线 " 上 访问内存的地址..., RISC 处理器 只能访问 物理地址空间 , 系统的 外围设备 与 物理内存 都使用 统一的物理地址空间 访问 ; RISC 全称 " Reduced Instruction Set Computer..." , 精简指令集计算机 ; 分配给 " 外围设备 " 的 物理地址 , 又称为 " 设备内存 " ; ARM64 架构的系统中 , 物理地址空间 分为 2 类 : ① 正常内存 : Normal..., 三、外围设备寄存器物理地址 映射到 虚拟地址空间 用户空间 的 应用进程 , 访问 " 外围设备寄存器 " 只能通过 " 虚拟地址 " 实现 , Linux 内核 提供了 相关 API 函数 , 将..." 外围设备寄存器 “ 对应的 ” 物理地址 “ 映射到了 ” 虚拟地址空间 " 中 ;

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