关于虚拟地址,线性地址,逻辑地址还有物理地址的区分

本文主要探讨Linux0.11内核中32位地址体系,包括虚拟地址(由段选择符和段内偏移组成)、逻辑地址(程序执行的偏移地址)、线性地址(虚拟到物理的中间层)以及虚拟内存的作用,解释了如何从逻辑地址到物理地址的转换过程。
本文主要是参考Linux0.11内核的32位地址区分,不过于现阶段的64位地址区分差别不太大,理解Linux0.11,有助于理解现阶段的64位体系下地址的概念。
(注意x86体系是小端存放数据)
	
1,虚拟地址:是由程序产生的**段选择符**和**段内偏移地址**两个部分组成。
因为这两部分都不能直接访问物理内存,要经过分段处理后才可以可能对应到物
理地址上(如果打开分页机制,还需要经过分页才能对应上物理地址),虚拟地
址由选择符(16位):偏移值(32位)组成48位地址。选择符的前13位加上在区
分GDT和LDT1位,因此,共有16384个选择符。则最大的虚拟地址空间为:16384×4G=64T的虚拟地址空间。
	
2,逻辑地址:是指程序产生的和段偏移相关的偏移地址部分。
在x86体系下是程序执行段限长内的偏移地址,就是虚拟地址去掉选择符的16位
地址所剩下的地址就是逻辑地址。应用程序员一般打交道的地址就是
逻辑地址,比如你打印变量的地址,指针的地址,malloc申请内存地址等。

3,线性地址:是虚拟地址到物理地址的中间层,是处理器可寻址空间的地址。
程序代码会产生逻辑地址,或者
<think>首先,用户的问题是:"我想了解逻辑地址物理地址之间的关系 请问逻辑地址物理地址的关系"。用户明确要求了解逻辑地址物理地址之间的关系。 我需要参考提供的引用资料: - 引用[1]:解释了逻辑地址(Logic Address)是程序产生的与段相关的偏移地址部分,例如指针变量的值。逻辑地址在实模式下等同于物理地址,但通常情况下是相对于进程数据段的地址。它是分段机制的一部分。 - 引用[2]:讨论了逻辑地址物理地址的转换过程,涉及段号和页内地址来计算物理地址。示例中,逻辑地址包括段号和页内地址,通过段首地址和偏移计算物理地址。 - 引用[3]:详细说明了逻辑地址物理地址的转换,通过线性地址作为中间层。逻辑地址加上段基地址生成线性地址,再转换为物理地址。 - 引用[4]:区分了各种地址类型,指出线性地址逻辑地址物理地址的中间层。逻辑地址加上段基地址得到线性地址;如果分页启用,线性地址转换为物理地址;否则,线性地址物理地址。 关键点总结: - **逻辑地址**:由程序产生的地址,通常是段内偏移地址。在C程序中,指针值就是逻辑地址。它是相对于段基地址的偏移。 - **线性地址**:逻辑地址加上段基地址后生成的地址。这在分段机制中发生。 - **物理地址**:实际内存中的硬件地址。如果分页机制启用,线性地址经过分页转换为物理地址;如果没有分页线性地址直接是物理地址。 用户的问题聚焦在逻辑地址物理地址的关系上,所以我需要直接解释这个关系,参考引用。 关系核心: 1. **转换过程**:逻辑地址转换为物理地址的过程涉及分段和可能的分页。 - 首先,逻辑地址(段标识符 + 段内偏移)通过分段机制转换为线性地址。 - 然后,如果启用分页线性地址通过分页机制转换为物理地址。 - 如果只有分段没有分页线性地址就是物理地址。 2. **在系统中的角色**: - 逻辑地址是应用程序使用的地址,它对程序员透明(如在C语言中使用指针)。 - 物理地址是硬件内存的实际地址。 3. **示例参考**:引用[2]给出了一个转换的例子: - 逻辑地址:段号2,页内地址154 - 段首地址480K(假设480*1024B) - 块号地址(可能是线性地址或其他)= 段首地址 + 偏移(这里似乎是直接计算物理地址) - 物理地址 = 480*1024 + 154 = 491674B 但这可能忽略了分页。需要澄清。 结合所有引用: - 逻辑地址 -> (通过分段) -> 线性地址 -> (通过分页) -> 物理地址 回答结构: - 先定义逻辑地址物理地址。 - 解释转换过程。 - 使用引用支持观点。 - 保持中文,结构清晰。 系统指令: - 行内数学表达式用$...$,如地址计算。 - 独立公式用$$...$$。 - 末尾添加引用标识,如[^1]。 - 生成相关问题。 用户上一次问题和回答:用户的问题是关于地址关系的,没有历史上下文。所以专注于当前问题。 最终回答结构: 1. 介绍逻辑地址物理地址。 2. 解释关系:转换过程。 3. 可能添加一个简单例子。 4. 生成相关问题。 相关问题示例: - 逻辑地址如何转换为物理地址? - 分段和分页机制在地址转换中的作用是什么? - 在实模式和保护模式下地址转换有何不同? 引用标识:在相关地方添加[^1], [^2]等。 </think>### 逻辑地址物理地址的关系 在计算机系统中,逻辑地址物理地址内存管理中核心的概念,它们之间的关系主要体现在地址转换过程中。逻辑地址是应用程序层使用的地址,而物理地址是硬件内存的真实地址。这种关系依赖于系统的内存管理机制,特别是分段和分页机制。以下我将基于您提供的引用资料详细解释,确保回答准确可靠。 #### 1. **定义逻辑地址物理地址** - **逻辑地址**:这是由程序(如C语言中的指针)产生的地址,它表示相对于段基地址的偏移量。例如,在C程序中,`&`操作符获取的指针值就是逻辑地址逻辑地址是相对于应用程序的段(如数据段)的地址,并不直接对应物理内存的位置。在Intel实模式下,逻辑地址等同于物理地址;但通常在现代保护模式下,它们需要通过转换才能得到物理地址[^1][^3]。 - **物理地址**:这是实际硬件内存中的地址,CPU通过它直接访问RAM或其他存储设备。物理地址内存控制器使用的最终地址,对应用程序员完全透明[^3][^4]。 #### 2. **地址转换过程** 逻辑地址物理地址的转换通常涉及一个中间层——线性地址(也称为虚拟地址)。这个过程依赖于系统的内存管理单元(MMU),具体步骤如下: - **步骤1: 逻辑地址线性地址的转换** 逻辑地址由两部分组成:段标识符(segment selector)和段内偏移地址(offset)。通过分段机制,段标识符对应一个段描述符(在局部描述符表LDT或全局描述符表GDT中找到),该描述符包含段基地址(base address)。逻辑地址转换为线性地址的公式为: $$ \text{线性地址} = \text{段基地址} + \text{段内偏移地址} $$ 例如,假设逻辑地址的段号对应段基地址480 KB(即$480 \times 1024$字节),段内偏移为154字节,则线性地址为 $480 \times 1024 + 154$字节[^2][^3][^4]。这个线性地址是处理器可寻址的虚拟地址空间的一部分。 - **步骤2: 线性地址物理地址的转换** 如果不启用分页机制,线性地址直接等同于物理地址。但在大多数现代操作系统中,分页机制是启用的: - 分页机制将线性地址划分为页号(page number)和页内偏移(page offset)。 - 页号通过页表(page table)查找对应的物理页帧号(frame number)。 - 物理地址的计算公式为: $$ \text{物理地址} = \text{物理页帧号} \times \text{页大小} + \text{页内偏移} $$ 例如,引用[2]中的示例:逻辑地址的段号和偏移转换为线性地址后,最终通过页机制得到物理地址491674字节。 总结转换关系流程图: ``` 逻辑地址 (段标识符 + 偏移) → [分段机制] → 线性地址 → [分页机制 (如果启用)] → 物理地址 ``` 如果分页未启用,线性地址就是物理地址[^3][^4]。 #### 3. **关键关系和特点** - **层级关系**:逻辑地址是应用程序可见的最低层地址,物理地址是硬件层的最高层地址。线性地址作为中间层,使内存管理更灵活(如支持虚拟内存)[^1][^4]。 - **透明性**:应用程序员(如C开发者)只需处理逻辑地址,分段和分页机制由操作系统(系统程序员)处理,对用户透明。这确保了程序的可移植性和安全性(防止非法内存访问)[^1][^3]。 - **模式依赖**:在实模式下(如早期DOS系统),逻辑地址直接映射到物理地址;在保护模式下(现代OS),必须通过分段和分页转换[^1][^4]。 - **性能影响**:转换过程涉及内存访问(如读取页表),可能引入延迟,因此硬件支持(如TLB缓存)用于优化速度[^4]。 #### 4. **简单示例** 假设一个32位系统: ``` - 逻辑地址:段号=2(段基地址为480 KB),段内偏移=154字节。 - 第一步:计算线性地址 = $480 \times 1024 + 154 = 491674$ 字节(如果分页未启用,这就是物理地址)。 - 第二步:如果分页启用(页大小假设为4 KB): - 线性地址491674字节分解:页号 = $491674 \div 4096 \approx 120$,页内偏移 = $491674 \mod 4096 = 154$。 - 通过页表查得物理页帧号(假设为100),物理地址 = $100 \times 4096 + 154 = 409754$ 字节[^2][^3]. ``` 总之,逻辑地址是程序视角的“虚拟”地址,物理地址是硬件视角的“真实”地址,它们通过分段和分页机制进行转换。这种设计支持内存隔离、共享和保护,是现代操作系统的基石[^1][^3][^4]。 ###
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