用虚拟地址如何找到物理地址

从一条指令说起

 mov rax, [0x12345678]，我们都知道这条指令是从地址0x12345678加载数据的到RAX寄存器，那么这个地址是什么地址呢？对是虚拟地址，通过该虚拟地址如何找到内存所对应的位置呢，本文尝试去回答这个问题。什么是

虚拟内存

 虚拟内存是操作系统提供的一种内存管理机制，它允许程序拥有连续的虚拟地址空间，而不管物理内存的实际分配情况。虚拟内存的一个重要目的就是通过地址转换机制实现程序和操作系统之间的隔离，并且能够提供更高效的内存管理，确保多进程或多任务环境下的安全和稳定。

Why有虚拟内存

• 地址冲突：多个程序可能会尝试访问相同的物理地址，从而引发冲突。虚拟内存可以让每个程序都有自己的独立虚拟地址空间。

• 内存隔离：虚拟内存使得操作系统能够隔离不同程序的内存空间，提高系统的稳定性和安全性。

• 简化内存管理：程序员不再需要关心物理内存的管理细节，只需要使用虚拟地址，操作系统会负责将其映射到物理内存中。

• 内存保护：操作系统可以通过虚拟内存机制来控制程序访问的内存区域，防止程序非法访问内存中的其他部分。

有虚拟内存之后，如何进行管理呢，这就是分段和分页，分段在Linux中作用不明显，先按下不表，我们重点放在分页上。

Paging

• 虚拟内存以页(Page)为单位，linux下查看PageSize, `getconf PAGE_SIZE`，一般为4K，占用12bit

• 物理内存以页帧(Frame)为单位进行管理

• 虚拟地址空间和物理地址空间都按照相同的粒度进行划分，这意味着每个虚拟页都有一个与之对应的物理页帧。在地址转换时，操作系统通过页表来管理和映射虚拟地址和物理地址之间的关系。

映射关系存放地：页表

因为VA和PA之间无法使用某种映射得来，需要进行动态的管理，页表里面就存储