手把手教你学PCIE--内存管理单元（MMU）（1）：内存管理单元（MMU）概述

最新推荐文章于 2025-07-09 14:16:28 发布
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分类专栏： 手把手教你学 PCIe 专栏简介 手把手教你学 GPU SoC 芯片 文章标签： pcie
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目录

一、MMU支持多任务：进程地址空间隔离与切换

1.1 功能原理

1.2 MMU的具体作用

1.3 示例：Linux下两个进程的内存隔离

场景1：进程A访问自己的内存

场景2：进程B尝试访问进程A的内存

关键验证：通过/proc文件系统观察

二、MMU支持硬件虚拟化：客户机与宿主机的双层地址转换

2.1 功能原理

2.2 MMU的具体作用

2.3 示例：KVM虚拟机的内存管理

场景1：Guest OS访问自己的内存（GVA→GPA→HPA）

场景2：多个虚拟机共享宿主机内存（内存气球技术）

关键验证：通过virsh命令观察虚拟机内存

三、MMU支持安全隔离：权限控制与地址空间划分

3.1 功能原理

3.2 MMU的具体作用

3.3 示例1：用户进程访问内核内存的限制

场景：用户进程尝试访问内核地址

示例2：栈溢出保护的实现

示例3：SELinux的强制访问控制

总结：MMU在高级功能中的核心作用

内存管理单元（MMU）是现代计算机系统中实现虚拟内存机制的核心硬件组件，其核心功能是通过​​地址转换​​和​​权限控制​​，将进程的虚拟地址映射到物理内存，并限制对内存的非法访问。除了基础的地址转换外，MMU还通过灵活的页表设计和权限机制，支撑了​​多任务并行​​、​​硬件虚拟化​​和​​安全隔离​​三大高级功能。以下从技术原理、MMU的具体作用、典型示例三个维度详细解析这三个功能。

一、MMU支持多任务：进程地址空间隔离与切换

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内存管理单元（MMU）（3）：GART概述
xiaoheshang_123的博客
06-28 142
GART是一段​​连续的物理内存区域​​，其核心内容是一张​​多级页表（GART表）​​。这张页表的作用是将GPU的虚拟地址（如GPU内部使用的虚拟地址空间）映射到系统物理内存的物理地址。GART的物理地址空间是这段页表的“载体”，即页表本身存储在GART的物理内存中。维度描述关键细节​​本质​​一段专用的物理地址空间，用于存储GART表（地址转换页表）非普通内存，仅用于地址转换​​核心用途​​为GPU/DMA设备提供虚拟地址到物理地址的映射支撑GPU的DMA访问、纹理/数据读写​。
手把说手教你学PCIE--将物理地址或设备地址映射到主机的虚拟地址空间的硬件机制概述
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04-07 230
在计算机系统中，硬件机制通过特定的方式将物理地址或设备地址映射到主机的虚拟地址空间，以实现高效的内存访问和资源隔离。总线协议（如 PCIe、USB）定义了设备与主机之间的通信规则，包括地址空间的划分和映射方式。设计的硬件机制，负责将设备的物理地址（或总线地址）映射到主机的虚拟地址空间。理解这些硬件机制是开发高性能驱动、虚拟化系统和理解操作系统内存管理的关键。MMU 是 CPU 内部的核心硬件组件，负责 ​。的转换，并管理内存访问权限。IOMMU 是专门为 ​。
主机CPU访问PCIe设备内存空间和PCIe设备访问主机内存空间
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虚拟地址（VA） -> 物理地址（PA）：通过MMU和页表转换。物理地址（PA） -> PCIe地址：通过PCIe BARs映射。通过PCIe总线传输到设备。
PCie协议之-TLP Header详解（一）
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在PCIe通信过程中，事务层数据包（Transaction Layer Packets，简称TLP）扮演着非常重要的角色。TLP用于在设备之间传递数据和控制信息，它们是PCIe的基本信息传输单元。TLP可分为几个部分，最核心的是TLP Header，它负责携带有关数据包的关键信息，包括数据包类型、长度以及传输方向等等。
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MPU（Memory Protection Unit）是一种专门用于 ​。，这些机制通常协同工作，形成多层防御体系，兼顾安全性、性能和灵活性。
手把手教你学PCIE--内存管理单元（MMU）（3）：GART概述
最新发布
MHD0815的博客
07-09 205
GART（图形地址转换表）是专用于GPU地址转换的物理内存空间，核心功能是为GPU提供虚拟地址到物理地址的映射服务。其物理结构包含存储多级页表的主区域和可选保留区，通过严格权限控制（设备内存、禁止CPU缓存）确保转换准确性。GART空间在系统启动时分配，需保证物理连续性和对齐要求，由GPU驱动初始化管理。典型应用场景包括手机SoC中的纹理数据访问，通过隔离GPU与CPU内存访问、支持大页映射等方式提升图形处理效率。本质上，GART是专为地址转换设计的硬件级解决方案。
手把手教你学PCIE--内存管理单元（MMU）（4）：SMMU的功能
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​：SMMU是SoC中连接主设备与系统内存的核心枢纽，通过地址转换、权限控制、流式优化等功能，解决了主设备DMA的安全性、效率和兼容性问题。从手机GPU到汽车ECU，SMMU的应用场景覆盖了几乎所有需要主设备与内存交互的嵌入式系统，是现代智能设备高效、安全运行的关键技术之一。
手把手教你学PCIE--内存管理单元（MMU）（2）：MMU的核心功能
MHD0815的博客
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现代计算机系统的内存管理单元（MMU）通过多种关键技术实现高效内存利用和安全防护。内存映射将文件/设备直接关联到虚拟地址，实现零拷贝访问；延迟分配仅在首次访问时分配物理页，减少资源浪费；写时复制技术优化进程创建，共享物理页直到修改时才复制；大页支持通过扩展页大小降低TLB未命中率；地址空间随机化增强安全防护，防止地址预测攻击；TLB管理缓存常用页表项，提升地址转换效率。这些功能协同工作，构成了现代计算机系统高效安全运行的基石。
手把手教你学PCIE--系统内存管理：GART（Graphics Address Remapping Table）的典型用途详解
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06-27 174
GART（图形地址重映射表）是GPU的核心组件，主要用于地址映射转换。其典型用途分为物理模式和虚拟模式两类：在物理模式下，GART将GPU虚拟地址映射到分散的物理内存，支持DMA连续访问非连续内存块，适用于GPU渲染纹理采样和AI推理数据搬运等场景；在虚拟模式下，GART配合IOMMU实现多级映射，将GPU虚拟地址转换为虚拟机物理地址再映射到宿主机物理地址，确保多租户隔离，应用于云服务器GPU共享和容器化AI训练等虚拟化环境。两种模式分别优化了高性能计算场景和虚拟化场景的需求。
MMU基本概念及工作原理
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MMU工作原理
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一文速通MMU基本概念以及基本原理。
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MMU的定义 MMU的是 Memory Management Unit 的缩写，即内存管理单元。MMU主要负责虚拟地址与物理地址的转换，以及域访问权限的控制。MPU（Micro Processor Unit，微处理器单元）才拥有MMU，而MCU（Micro Control Unit，微控制器单元）是没有MMU的。 MMU的作用 将虚拟地址翻译成为物理地址，再访问实际的物理地址。（为了内存地址隔离） 域访问权限的控制。 MMU的机制 PA代表物理地址，VA代表虚拟地址。 一级页表 本文所描述的一级页表以段
MPU与MMU
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MPU MPU 有以下能力可以增加系统的健壮性 可以阻止用户去破坏操作系统需要使用的数据 可以防止一个任务去非法访问其他任务的数据，将任务完全隔离开 可以把关键数据区设为只读，从而不被破坏 检测其他意外访问，比如，堆栈溢出，数组越界等。 原理 通常MPU功能这个是由操作系统提供的服务。在嵌入式调试的时候，我们经常会遇到 hardfault，这个时候一般情况可能是某个指针指到未知的地方，然后对该地址进行修改赋值，会触发 hardfault。MPU的功能其实和这个功能基本类似。 比如，RTOS中的一些特.
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MMU内存管理单元详解：操作系统中的关键组件
3. **内存分页**：MMU通常与分页机制一起工作，将大的内存空间划分为固定大小的页，便于管理和优化内存分配。 4. **缓存一致性**：在多处理器系统中，MMU还负责维护缓存的一致性，确保各处理器间共享数据的正确性。...
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