關(guān)于物理地址是什么形式的,物理地址是什么這個(gè)問題很多朋友還不知道,今天小六來為大家解答以上的問題,現(xiàn)在讓我們一起來看看吧!
1、Windows 2000 使用基于分頁機(jī)制的虛擬內(nèi)存。
2、每個(gè)進(jìn)程有4GB的虛擬地址空間。
3、基于分頁機(jī)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。
4、程序中使用的都是4GB地址空間中的虛擬地址。
5、而訪問物理內(nèi)存,需要使用物理地址。
6、下面我們看看什么是物理地址,什么是虛擬地址。
7、物理地址 (physical address): 放在尋址總線上的地址。
8、放在尋址總線上,如果是讀,電路根據(jù)這個(gè)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。
9、如果是寫,電路根據(jù)這個(gè)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。
10、物理內(nèi)存是以字節(jié)(8位)為單位編址的。
11、虛擬地址 (virtual address): 4G虛擬地址空間中的地址,程序中使用的都是虛擬地址。
12、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(jī)器指令時(shí),CPU會(huì)自動(dòng)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。
13、比如 mov eax,004227b8h ,這是把地址004227b8h處的值賦給寄存器的匯編代碼,004227b8這個(gè)地址就是虛擬址。
14、CPU在執(zhí)行這行代碼時(shí),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(dòng)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。
15、對于Intel CPU 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。
16、對于初始化之后的 Win2k 我們觀察 CR0 ,發(fā)現(xiàn)第31位為1。
17、表明Win2k是使用分頁的。
18、使用了分頁機(jī)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,或者被映射到硬盤上的交換文件中,或者沒有映射任何東西。
19、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。
20、物理內(nèi)存也被分頁,來映射地址空間。
21、對于32bit的Win2k,頁的大小是4K字節(jié)。
22、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。
23、物理內(nèi)存分頁,一個(gè)物理頁的大小為4K字節(jié),第0個(gè)物理頁從物理地址 0x00000000 處開始。
24、由于頁的大小為4KB,就是0x1000字節(jié),所以第1頁從物理地址 0x00001000 處開始。
25、第2頁從物理地址 0x00002000 處開始。
26、可以看到由于頁的大小是4KB,所以只需要32bit的地址中高20bit來尋址物理頁。
27、頁表,一個(gè)頁表的大小為4K字節(jié),放在一個(gè)物理頁中。
28、由1024個(gè)4字節(jié)的頁表項(xiàng)組成。
29、頁表項(xiàng)的大小為4個(gè)字節(jié)(32bit),所以一個(gè)頁表中有1024個(gè)頁表項(xiàng)。
30、頁表中的每一項(xiàng)的內(nèi)容(每項(xiàng)4個(gè)字節(jié),32bit)高20bit用來放一個(gè)物理頁的物理地址,低12bit放著一些標(biāo)志。
31、頁目錄,一個(gè)頁目錄大小為4K字節(jié),放在一個(gè)物理頁中。
32、由1024個(gè)4字節(jié)的頁目錄項(xiàng)組成。
33、頁目錄項(xiàng)的大小為4個(gè)字節(jié)(32bit),所以一個(gè)頁目錄中有1024個(gè)頁目錄項(xiàng)。
34、頁目錄中的每一項(xiàng)的內(nèi)容(每項(xiàng)4個(gè)字節(jié))高20bit用來放一個(gè)頁表(頁表放在一個(gè)物理頁中)的物理地址,低12bit放著一些標(biāo)志。
35、對于x86系統(tǒng),頁目錄的物理地址放在CPU的CR3寄存器中。
36、CPU把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址:一個(gè)虛擬地址,大小4個(gè)字節(jié)(32bit),包含著找到物理地址的信息,分為3個(gè)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。
37、對于一個(gè)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。
38、然后根據(jù)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(xiàng)(PDE,page directory entry),頁目錄項(xiàng)中有這個(gè)虛擬地址所對應(yīng)頁表的物理地址。
39、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(xiàng)(PTE,page table entry),頁表項(xiàng)中就有這個(gè)虛擬地址所對應(yīng)物理頁的物理地址。
40、最后用虛擬地址的最低12位,也就是頁內(nèi)偏移,加上這個(gè)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。
41、一個(gè)頁目錄有1024項(xiàng),虛擬地址最高的10bit剛好可以索引1024項(xiàng)(2的10次方等于1024)。
42、一個(gè)頁表也有1024項(xiàng),虛擬地址中間部分的10bit,剛好索引1024項(xiàng)。
43、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(gè)物理頁中的每個(gè)字節(jié)。
44、一個(gè)虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址的計(jì)算過程就是,處理器通過CR3找到當(dāng)前頁目錄所在物理頁,取虛擬地址的高10bit,然后把這10bit右移2bit(因?yàn)槊總€(gè)頁目錄項(xiàng)4個(gè)字節(jié)長,右移2bit相當(dāng)于乘4)得到在該頁中的地址,取出該地址處PDE(4個(gè)字節(jié)),就找到了該虛擬地址對應(yīng)頁表所在物理頁,取虛擬地址第12位到第21位這10位,然后把這10bit右移2bit(因?yàn)槊總€(gè)頁表項(xiàng)4個(gè)字節(jié)長,右移2bit相當(dāng)于乘4)得到在該頁中的地址,取出該地址處的PTE(4個(gè)字節(jié)),就找到了該虛擬地址對應(yīng)物理頁的地址,最后加上12bit的頁內(nèi)偏移得到了物理地址。
45、32bit的一個(gè)指針,可以尋址范圍0x00000000-0xFFFFFFFF,4GB大小。
46、也就是說一個(gè)32bit的指針可以尋址整個(gè)4GB地址空間的每一個(gè)字節(jié)。
47、一個(gè)頁表項(xiàng)負(fù)責(zé)4K的地址空間和物理內(nèi)存的映射,一個(gè)頁表1024項(xiàng),也就是負(fù)責(zé)1024*4k=4M的地址空間的映射。
48、一個(gè)頁目錄項(xiàng),對應(yīng)一個(gè)頁表。
49、一個(gè)頁目錄有1024項(xiàng),也就對應(yīng)著1024個(gè)頁表,每個(gè)頁表負(fù)責(zé)4M地址空間的映射。
50、1024個(gè)頁表負(fù)責(zé)1024*4M=4G的地址空間映射。
51、一個(gè)進(jìn)程有一個(gè)頁目錄。
52、所以以頁為單位,頁目錄和頁表可以保證4G的地址空間中的每頁和物理內(nèi)存的映射。
53、每個(gè)進(jìn)程都有自己的4G地址空間,從 0x00000000-0xFFFFFFFF 。
54、通過每個(gè)進(jìn)程自己的一套頁目錄和頁表來實(shí)現(xiàn)。
55、由于每個(gè)進(jìn)程有自己的頁目錄和頁表,所以每個(gè)進(jìn)程的地址空間映射的物理內(nèi)存是不一樣的。
56、兩個(gè)進(jìn)程的同一個(gè)虛擬地址處(如果都有物理內(nèi)存映射)的值一般是不同的,因?yàn)樗麄兺鶎?yīng)不同的物理頁。
57、4G地址空間中低2G,0x00000000-0x7FFFFFFF 是用戶地址空間,4G地址空間中高2G,0x80000000-0xFFFFFFFF 是系統(tǒng)地址空間。
58、訪問系統(tǒng)地址空間需要程序有ring0的權(quán)限。
本文分享完畢,希望對大家有所幫助。
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