物理地址虛擬地址的關(guān)系.docx

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1、解讀物理地址、虛擬地址關(guān)系2008年04月21日星期一20:47一直對物理地址，虛擬地址的概念比較含糊，今天在網(wǎng)上找了一篇文章讀過后有點開悟，并整理出一幅關(guān)系圖來，不對地方請各位網(wǎng)友指正：原文如下：Windows2000使用基于分頁機制的虛擬內(nèi)存。每個進程有4GB的虛擬地址空間?；诜猪摍C制，這4GB地址空間的一些部分被映射了物理內(nèi)存，一些部分映射硬盤上的交換文件，一些部分什么也沒有映射。程序中使用的都是4GB地址空間中的虛擬地址。而訪問物理內(nèi)存，需要使用物理地址。下面我們看看什么是物理地址，什么是虛擬地址。物理地址(p

2、hysicaladdress):放在尋址總線上的地址。放在尋址總線上，如果是讀，電路根據(jù)這個地址每位的值就將相應(yīng)地址的物理內(nèi)存中的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線中傳輸。如果是寫，電路根據(jù)這個地址每位的值就將相應(yīng)地址的物理內(nèi)存中放入數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容。物理內(nèi)存是以字節(jié)(8位)為單位編址的。虛擬地址(virtualaddress):4G虛擬地址空間中的地址，程序中使用的都是虛擬地址。如果CPU寄存器中的分頁標(biāo)志位被設(shè)置，那么執(zhí)行內(nèi)存操作的機器指令時，CPU會自動根據(jù)頁目錄和頁表中的信息，把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址，完成該指令。比如moveax

3、,004227b8h，這是把地址004227b8h處的值賦給寄存器的匯編代碼，004227b8這個地址就是虛擬址。CPU在執(zhí)行這行代碼時，發(fā)現(xiàn)寄存器中的分頁標(biāo)志位已經(jīng)被設(shè)定，就自動完成虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，使用物理地址取出值，完成指令。對于IntelCPU來說，分頁標(biāo)志位是寄存器CR0的第31位，為1表示使用分頁，為0表示不使用分頁。對于初始化之后的Win2k我們觀察CR0，發(fā)現(xiàn)第31位為1。表明Win2k是使用分頁的。使用了分頁機制之后，4G的地址空間被分成了固定大小的頁，每一頁或者被映射到物理內(nèi)存，或者被映射到硬

4、盤上的交換文件中，或者沒有映射任何東西。對于一般程序來說，4G的地址空間，只有一小部分映射了物理內(nèi)存，大片大片的部分是沒有映射任何東西。物理內(nèi)存也被分頁，來映射地址空間。對于32bit的Win2k，頁的大小是4K字節(jié)。CPU用來把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址的信息存放在叫做頁目錄和頁表的結(jié)構(gòu)里。物理內(nèi)存分頁，一個物理頁的大小為4K字節(jié)，第0個物理頁從物理地址0×00000000處開始。由于頁的大小為4KB，就是0×1000字節(jié)，所以第1頁從物理地址0×00001000處開始。第2頁從物理地址0×00002000處開始?？梢钥吹?/p>

5、由于頁的大小是4KB，所以只需要32bit的地址中高20bit來尋址物理頁。頁表，一個頁表的大小為4K字節(jié)，放在一個物理頁中。由1024個4字節(jié)的頁表項組成。頁表項的大小為4個字節(jié)(32bit)，所以一個頁表中有1024個頁表項。頁表中的每一項的內(nèi)容（每項4個字節(jié),32bit）高20bit用來放一個物理頁的物理地址，低12bit放著一些標(biāo)志。頁目錄，一個頁目錄大小為4K字節(jié)，放在一個物理頁中。由1024個4字節(jié)的頁目錄項組成。頁目錄項的大小為4個字節(jié)(32bit)，所以一個頁目錄中有1024個頁目錄項。頁目錄中的每一項的

6、內(nèi)容（每項4個字節(jié)）高20bit用來放一個頁表（頁表放在一個物理頁中）的物理地址，低12bit放著一些標(biāo)志。對于x86系統(tǒng)，頁目錄的物理地址放在CPU的CR3寄存器中。CPU把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址：一個虛擬地址，大小4個字節(jié)(32bit)，包含著找到物理地址的信息，分為3個部分：第22位到第31位這10位（最高10位）是頁目錄中的索引，第12位到第21位這10位是頁表中的索引，第0位到第11位這12位（低12位）是頁內(nèi)偏移。對于一個要轉(zhuǎn)換成物理地址的虛擬地址，CPU首先根據(jù)CR3中的值，找到頁目錄所在的物理頁。然后根據(jù)

7、虛擬地址的第22位到第31位這10位（最高的10bit)的值作為索引，找到相應(yīng)的頁目錄項(PDE,pagedirectoryentry),頁目錄項中有這個虛擬地址所對應(yīng)頁表的物理地址。有了頁表的物理地址，根據(jù)虛擬地址的第12位到第21位這10位的值作為索引，找到該頁表中相應(yīng)的頁表項(PTE,pagetableentry),頁表項中就有這個虛擬地址所對應(yīng)物理頁的物理地址。最后用虛擬地址的最低12位，也就是頁內(nèi)偏移，加上這個物理頁的物理地址，就得到了該虛擬地址所對應(yīng)的物理地址。一個頁目錄有1024項，虛擬地址最高的10bit

8、剛好可以索引1024項（2的10次方等于1024）。一個頁表也有1024項，虛擬地址中間部分的10bit，剛好索引1024項。虛擬地址最低的12bit（2的12次方等于4096），作為頁內(nèi)偏移，剛好可以索引4KB，也就是一個物理頁中的每個字節(jié)。一個虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址的計算過程就是，處理器通過CR3找到當(dāng)前頁目錄所