虚拟地址线性地址物理地址映射关系（虚拟内存物理内存）（在Linux系统上，虚拟地址和线性地址是相等的）

Posted 2022-08-27 Dontla

这篇文章可以让你了解进程的虚拟地址是如何映射物理地址的，在刚开始接触虚拟地址的概念时，真的是一头雾水，不知道它到底是个什么东西，一直有这个疑惑，为什么要用虚拟地址，虚拟地址的作用是什么？

经过这么多年做过的项目，积攒经验后，我可以略知一些虚拟地址的作用：

1. 代码的移植性变得更加的好，在不同的平台进行编译后，就可以直接运行，因为代码和虚拟地址打交道，到别的系统上，都会将你的虚拟地址转换为物理地址，如果不用虚拟地址，用物理地址，那么到了别的平台，就得考虑代码当前使用的物理地址，是否被别人使用了。

2. 不需要考虑内存分配的问题，也不需要担心内存不足，两个程序抢同一块内存导致崩溃的情况。

3. 还有一个好处就是，虚拟地址映射的不一定是物理地址，还可能是硬盘上的某一块地方，比如，把暂时不用的数据放到硬盘的虚拟内存上。

既然，虚拟内存是虚拟的，那么必然有一块实际的内存与它做映射才可以使用，那么，虚拟地址和物理地址是如何做映射的呢，下面，就给大家讲讲。

提到虚拟地址和物理地址的映射，不得不说一下在它俩之间其实还有一个线性地址的存在，那么进程想要访问真正的物理地址，首先要将虚拟地址转换为线性地址，然后经过MMU就可以将线性地址转换为真正的物理地址。

虚拟地址到物理地址转换的逻辑图

下面一步一步来进行讲解，先讲讲虚拟地址和线性地址是如何进行转换的吧：

转换过程中，就需要一个寄存器，那就是段寄存器，段寄存器中存储的是描述符表的索引，你可以把描述符表看成是一个数组，那么段寄存器中的索引，你可以当成是数组的下标，这下你明白了吧。

上面说的描述符表你可能有点懵，它是啥东西，那么，我来告诉你，描述符表里面存放的是描述符，而描述符中就存放了线性的地址的基地址，我讲到这里，大家终于看到了线性地址的身影，

描述符中既然存放了基地址，那么就可通过基地址加上虚拟地址这个偏移量来算出线性地址了。

虚拟地址到线性地址的转换关系图

现在，我更想告诉大家一个结果，那就是虽然虚拟地址和线性地址是有转换关系的，但是在LINUX系统上，段描述符中的线性地址的基地址都是从0开始的，所以，会推算出，虚拟地址和线性地址是相等的，这回明白了吧，讲了半天虚拟地址和线性地址的转换，到头来原来虚拟地址和线性地址是相等的。

接下来，就讲讲线性地址是如何映射物理内存的，只需要一张图，就能看明白：

虚拟地址到物理地址转换的整体架构图

依据以下步骤进行转换：

1. 从CR3寄存器中取出页目录的地址。

2. 根据线性地址中的前10位，找到页目录的索引。

3. 根据页目录项的值与中间10位相加后得到页表中的索引。

4. 将页的起始地址与最后的12位相加后得到最终的物理地址。

结论：

在Linux系统上，虚拟地址和线性地址是相等的。

通过线性地址可以找到页目录中的页表，然后找到页表中的页表项，最终通过页表项和线性地址中的偏移，来找到最终的物理地址。

参考文章：一篇就让你了解进程的虚拟地址与物理地址是如何进行映射的