很多人接觸Linux的內(nèi)存管理是從malloc（）這個(gè)C語(yǔ)言庫(kù)函數(shù)開(kāi)始，也是從那時(shí)開(kāi)始就知道了虛擬內(nèi)存的概念。但很多人可能并不知道虛擬地址是如何轉(zhuǎn)換成物理地址的，今天帶你搞懂虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換過(guò)程，這其實(shí)也是MMU的工作原理。

我們知道，在Linux中，每個(gè)進(jìn)程都有自己獨(dú)立的地址空間，且互不干擾。每個(gè)進(jìn)程的地址空間又分為用戶空間和內(nèi)核空間，但這些地址空間使用的都是虛擬地址，它們和物理地址空間關(guān)系是怎樣的呢？虛擬地址空間和物理地址空間的關(guān)系如下：

對(duì)于不同的進(jìn)程，面對(duì)的都是同一個(gè)內(nèi)核，其內(nèi)核空間的地址對(duì)應(yīng)的物理地址都是一樣的，因此進(jìn)程1和進(jìn)程2中內(nèi)核空間都映射到了相同的物理內(nèi)存PA1上。

而不同進(jìn)程的用戶空間是不一樣的，即便相同的虛擬地址，也會(huì)被映射到不同的物理地址上。如圖中兩個(gè)進(jìn)程相同用戶空間的地址0x123456分別被映射到了PA2和PA3物理地址上。

那么如何完成上述虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換呢？

完成虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，我們需要借助一個(gè)硬件——MMU。

MMU： Memory manager unit，內(nèi)存管理單元，負(fù)責(zé)將虛擬地址（VA）轉(zhuǎn)為物理地址（PA）。

分頁(yè)機(jī)制

在Linux系統(tǒng)上，現(xiàn)在用到的內(nèi)存管理機(jī)制，大部分是分頁(yè)機(jī)制。在分頁(yè)機(jī)制出現(xiàn)之前，還出現(xiàn)過(guò)動(dòng)態(tài)分區(qū)法、分段機(jī)制。

動(dòng)態(tài)分區(qū)法是還沒(méi)用引入虛擬地址之前使用的，使用的都是物理內(nèi)存，屬于非常早期的機(jī)制。分段機(jī)制則引入了虛擬地址的概念，而分頁(yè)機(jī)制在分段機(jī)制后出現(xiàn)，主要解決分段機(jī)制內(nèi)存碎片的問(wèn)題。本篇以分頁(yè)機(jī)制講解虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，下面介紹分頁(yè)機(jī)制的一些基本概念。

分頁(yè)機(jī)制的基本概念：

分頁(yè)：將內(nèi)存劃分為固定長(zhǎng)度的單元，每個(gè)單元就是一頁(yè)

頁(yè)：對(duì)于虛擬地址空間，將地址空間劃分為固定大小單元的單元，每個(gè)單元稱為一頁(yè)

頁(yè)幀：對(duì)于物理地址空間，將地址空間分為固定大小的單元，每個(gè)單元稱為頁(yè)幀

VPN：Virtual Page Number，虛擬頁(yè)面號(hào)

PFN：Physical Frame Number，物理頁(yè)幀號(hào)

分頁(yè)管理內(nèi)存的核心問(wèn)題就是虛擬地址頁(yè)到物理地址頁(yè)幀的映射關(guān)系