Linux内核内存管理：地址转换和MMU

地址转换和MMU

虚拟内存是一个概念，是给进程的一种错觉，因此它认为自己拥有巨大的、几乎无限的内存，有时甚至比系统实际拥有的内存还要多。每次访问内存位置时，由CPU将虚拟地址转换为物理地址。这种机制称为地址转换，由
内存管理单元(MMU)完成，是CPU的一部分。

MMU保护内存免受未经授权的访问。给定一个进程，需要访问的任何页面必须存在于进程VMAs中，因此必须存在于进程页表中(每个进程都有自己的页表)。

内存由固定大小的命名页(用于虚拟内存)和帧(用于物理内存)组织，在我们的示例中大小为4 KB。无论如何，您不需要猜测您为之编写驱动程序的系统的页面大小。它是通过内核中的PAGE_SIZE宏定义和访问的。因此，请记住，页面大小是由硬件(CPU)决定的。
考虑到一个4 KB的页面大小的系统，0到4095字节属于第0页，4096-8191字节属于第1页，以此类推。

引入页表的概念来管理页和框架之间的映射。页面分布在各个表上，这样每个PTE都对应于页面和框架之间的映射。然后给每个进程一组页表来描述它的整个内存空间。

为了遍历页面，每个页面都分配了一个索引(类似数组)，称为页号。当谈到一个框架，它是PFN。这样，虚拟内存地址由两部分组成:页号和偏移量。偏移量表示地址的低12位有效位，而在8kb页面大小的系统中，低13位有效位表示地址:

操作系统或CPU如何知道哪个物理地址对应一个给定的虚拟地址?他们使用页表作为转换表，并且知道每个条目的索引是一个虚拟页码，值是PFN。要访问给定虚拟内存的物理内存，操作系统首先提取偏移量、虚拟页号，然后遍历进程的页表，以便匹配虚拟页号和物理页。
一旦匹配发生，就可以访问该页面帧中的数据: