虛擬地址和物理地址怎麼算

A. 分頁，虛擬地址是怎麼轉換成物理地址的

虛擬地址（即圖中的邏輯地址）的高位表示頁號，由計算機硬體將頁號取出，且和頁表寄存器中的頁表始址一起送加法器，就可以得到該頁對應的頁表項的地址，根據此地址到內存讀出對應的塊號，最後將塊號和頁內地址拼接得到對應的物理地址。

B. 怎麼判斷一個地址是物理地址還是虛擬地址

物理地址是MAC地址，固化在網卡上的，是48位地址，
虛擬地址是IP地址，分IPV4和IPV6，IPV4是32位地址，IPV6是128位地址。IP化是以後網路的發展趨勢，IPV6是解決網路IP化後IP地址不夠用的一種方式。

C. Pentium的物理地址空間和虛擬地址空間分別為多少它們是如何計算出來的

物理地址空間為232位元組即為4GB；只分段時，每個邏輯段的最大長度為1MB，即用戶所擁有的虛擬地址空間是為2*213*1MB=16GB；分段又分頁時，邏輯段的最大長度為4GB，用戶所擁有的虛擬地址空間為214*4 GB=64TB

D. 主存容量為4MB,虛存容量為1GB,則虛擬地址和物理地址各為多少位

主存容量為4MB，物理地址22位 虛存容量為1GB，虛擬地址30位
頁表長度，即頁面數=1GB/ 4KB=218=256K

E. Linux下怎樣在進程中獲取虛擬地址對應的物理地址

Linux文件目錄中的/proc記錄著當前進程的信息，稱其為虛擬文件系統。在/proc下有一個鏈接目錄名為self，這意味著哪一個進程打開了它，self中存儲的信息就是所鏈接進程的。self中有一個名為page_map的文件，專門用來記錄所鏈接進程的物理頁號信息。這樣通過/proc/pid/page_map文件，允許一個用戶態的進程查看到每個虛擬頁映射到的物理頁

/proc/pid/page_map中的每一項都包含了一個64位的值，這個值內容如下所示。每一項的映射方式不同於真正的虛擬地址映射，其文件中遵循獨立的對應關系，即虛擬地址相對於0x0經過的頁面數是對應項在文件中的偏移量

* /proc/pid/pagemap. This file lets a userspace process find out which
physical frame each virtual page is mapped to. It contains one 64-bit
value for each virtual page, containing the following data (from
fs/proc/task_mmu.c, above pagemap_read):

* Bits 0-54 page frame number (PFN) if present//present為1時，bit0-54表示物理頁號
* Bits 0-4 swap type if swapped
* Bits 5-54 swap offset if swapped
* Bit 55 pte is soft-dirty (see Documentation/vm/soft-dirty.txt)
* Bit 56 page exclusively mapped (since 4.2)
* Bits 57-60 zero
* Bit 61 page is file-page or shared-anon (since 3.5)
* Bit 62 page swapped
* Bit 63 page present//如果為1，表示當前物理頁在內存中；為0，表示當前物理頁不在內存中

在計算物理地址時，只需要找到虛擬地址的對應項，再通過對應項中的bit63判斷此物理頁是否在內存中，若在內存中則對應項中的物理頁號加上偏移地址，就能得到物理地址

通過程序獲取物理地址並驗證寫時拷貝技術

#include <stdio.h>


#include <stdlib.h>


#include <sys/types.h>


#include <unistd.h>


#include <sys/stat.h>


#include <fcntl.h>


#include <stdint.h>


//計算虛擬地址對應的地址，傳入虛擬地址vaddr，通過paddr傳出物理地址
void mem_addr(unsigned long vaddr, unsigned long *paddr)
{
int pageSize = getpagesize();//調用此函數獲取系統設定的頁面大小

unsigned long v_pageIndex = vaddr / pageSize;//計算此虛擬地址相對於0x0的經過的頁面數
unsigned long v_offset = v_pageIndex * sizeof(uint64_t);//計算在/proc/pid/page_map文件中的偏移量
unsigned long page_offset = vaddr % pageSize;//計算虛擬地址在頁面中的偏移量
uint64_t item = 0;//存儲對應項的值

int fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);。。以只讀方式打開/proc/pid/page_map
if(fd == -1)//判斷是否打開失敗
{
printf("open /proc/self/pagemap error ");
return;
}

if(lseek(fd, v_offset, SEEK_SET) == -1)//將游標移動到相應位置，即對應項的起始地址且判斷是否移動失敗
{
printf("sleek error ");
return;
}

if(read(fd, &item, sizeof(uint64_t)) != sizeof(uint64_t))//讀取對應項的值，並存入item中，且判斷讀取數據位數是否正確
{
printf("read item error ");
return;
}

if((((uint64_t)1 << 63) & item) == 0)//判斷present是否為0
{
printf("page present is 0 ");
return ;
}

uint64_t phy_pageIndex = (((uint64_t)1 << 55) - 1) & item;//計算物理頁號，即取item的bit0-54

*paddr = (phy_pageIndex * pageSize) + page_offset;//再加上頁內偏移量就得到了物理地址
}

const int a = 100;//全局常量

int main()
{
int b = 100;//局部變數
static c = 100;//局部靜態變數
const int d = 100;//局部常量
char *str = "Hello World!";

unsigned long phy = 0;//物理地址

char *p = (char*)malloc(100);//動態內存

int pid = fork();//創建子進程
if(pid == 0)
{
//p[0] = '1';//子進程中修改動態內存
mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x ", getpid(), &a, phy);
}
else
{
mem_addr((unsigned long)&a, &phy);
printf("pid = %d, virtual addr = %x , physical addr = %x ", getpid(), &a, phy);
}

sleep(100);
free(p);
waitpid();
return 0;
}

測試結果如下：

全局常量：符合寫時拷貝技術

子進程修改動態內存

*其實想要知道虛擬地址對應的物理地址，通過這樣的方式也可以得到物理地址而不用操作MMU。。。*

以上就是Linux下怎樣在進程中獲取虛擬地址對應的物理地址的全文介紹,希望對您學習和使用linux系統開發有所幫助.

F. 操作系統課程設計物理地址和虛擬地址的聯系及區別

CPU通過地址來訪問內存中的單元，地址有虛擬地址和物理地址之分，如果CPU沒有MMU（Memory Management Unit，內存管理單元），或者有MMU但沒有啟用，CPU核在取指令或訪問內存時發出的地址將直接傳到CPU晶元的外部地址引腳上，直接被內存晶元（以下稱為物理內存，以便與虛擬內存區分）接收，這稱為物理地址（Physical Address，以下簡稱PA），如下圖所示。

MMU將虛擬地址映射到物理地址是以頁（Page）為單位的，對於32位CPU通常一頁為4K。例如，虛擬地址0xb700 1000~0xb700 1fff是一個頁，可能被MMU映射到物理地址0x2000~0x2fff，物理內存中的一個物理頁面也稱為一個頁框（Page Frame）。

物理地址(physical address)
用於內存晶元級的單元定址，與處理器和CPU連接的地址匯流排相對應。
——這個概念應該是這幾個概念中最好理解的一個，但是值得一提的是，雖然可以直接把物理地址理解成插在機器上那根內存本身，把內存看成一個從0位元組一直到最大空量逐位元組的編號的大數組，然後把這個數組叫做物理地址，但是事實上，這只是一個硬體提供給軟體的抽像，內存的定址方式並不是這樣。所以，說它是「與地址匯流排相對應」，是更貼切一些，不過拋開對物理內存定址方式的考慮，直接把物理地址與物理的內存一一對應，也是可以接受的。也許錯誤的理解更利於形而上的抽像。

虛擬內存(virtual memory)
這是對整個內存（不要與機器上插那條對上號）的抽像描述。它是相對於物理內存來講的，可以直接理解成「不直實的」，「假的」內存，例如，一個0x08000000內存地址，它並不對就物理地址上那個大數組中0x08000000 - 1那個地址元素；
之所以是這樣，是因為現代操作系統都提供了一種內存管理的抽像，即虛擬內存（virtual memory）。進程使用虛擬內存中的地址，由操作系統協助相關硬體，把它「轉換」成真正的物理地址。這個「轉換」，是所有問題討論的關鍵。
有了這樣的抽像，一個程序，就可以使用比真實物理地址大得多的地址空間。（拆東牆，補西牆，銀行也是這樣子做的），甚至多個進程可以使用相同的地址。不奇怪，因為轉換後的物理地址並非相同的。
——可以把連接後的程序反編譯看一下，發現連接器已經為程序分配了一個地址，例如，要調用某個函數A，代碼不是call A，而是call 0x0811111111 ，也就是說，函數A的地址已經被定下來了。沒有這樣的「轉換」，沒有虛擬地址的概念，這樣做是根本行不通的。
打住了，這個問題再說下去，就收不住了。

邏輯地址(logical address)
Intel為了兼容，將遠古時代的段式內存管理方式保留了下來。邏輯地址指的是機器語言指令中，用來指定一個操作數或者是一條指令的地址。以上例，我們說的連接器為A分配的0x08111111這個地址就是邏輯地址。
——不過不好意思，這樣說，好像又違背了Intel中段式管理中，對邏輯地址要求，「一個邏輯地址，是由一個段標識符加上一個指定段內相對地址的偏移量，表示為 [段標識符：段內偏移量]，也就是說，上例中那個0x08111111，應該表示為[A的代碼段標識符: 0x08111111]，這樣，才完整一些」

線性地址(linear address)或也叫虛擬地址(virtual address)
跟邏輯地址類似，它也是一個不真實的地址，如果邏輯地址是對應的硬體平台段式管理轉換前地址的話，那麼線性地址則對應了硬體頁式內存的轉換前地址。

G. 什麼是線性地址，邏輯地址，虛擬地址，物理地址

邏輯地址（Logical Address） 是指由程式產生的和段相關的偏移地址部分。例如，你在進行C語言指針編程中，能讀取指針變數本身值(&操作)，實際上這個值就是邏輯地址，他是相對於你當前進程數據段的地址，不和絕對物理地址相干。只有在Intel實模式下，邏輯地址才和物理地址相等（因為實模式沒有分段或分頁機制,Cpu不進行自動地址轉換）；邏輯也就是在Intel保護模式下程式執行代碼段限長內的偏移地址（假定代碼段、數據段如果完全相同）。應用程式員僅需和邏輯地址打交道，而分段和分頁機制對你來說是完全透明的，僅由系統編程人員涉及。應用程式員雖然自己能直接操作內存，那也只能在操作系統給你分配的內存段操作。
線性地址（Linear Address） 是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層。程式代碼會產生邏輯地址，或說是段中的偏移地址，加上相應段的基地址就生成了一個線性地址。如果啟用了分頁機制，那麼線性地址能再經變換以產生一個物理地址。若沒有啟用分頁機制，那麼線性地址直接就是物理地址。Intel 80386的線性地址空間容量為4G（2的32次方即32根地址匯流排定址）。
物理地址（Physical Address） 是指出目前CPU外部地址匯流排上的定址物理內存的地址信號，是地址變換的最終結果地址。如果啟用了分頁機制，那麼線性地址會使用頁目錄和頁表中的項變換成物理地址。如果沒有啟用分頁機制，那麼線性地址就直接成為物理地址了。
虛擬內存（Virtual Memory）是指計算機呈現出要比實際擁有的內存大得多的內存量。因此他允許程式員編制並運行比實際系統擁有的內存大得多的程式。這使得許多大型項目也能夠在具有有限內存資源的系統上實現。一個非常恰當的比喻是：你不必非常長的軌道就能讓一列火車從上海開到北京。你只需要足夠長的鐵軌（比如說3公里）就能完成這個任務。採取的方法是把後面的鐵軌即時鋪到火車的前面，只要你的操作足夠快並能滿足需求，列車就能象在一條完整的軌道上運行。這也就是虛擬內存管理需要完成的任務。在Linux0.11內核中，給每個程式（進程）都劃分了總容量為64MB的虛擬內存空間。因此程式的邏輯地址范圍是0x0000000到0x4000000。有時我們也把邏輯地址稱為 虛擬地址。因為和虛擬內存空間的概念類似，邏輯地址也是和實際物理內存容量無關的。邏輯地址和物理地址的「差距」是0xC0000000，是由於虛擬地址->線性地址->物理地址映射正好差這個值。這個值是由操作系統指定的。機理 邏輯地址（或稱為虛擬地址）到線性地址是由CPU的段機制自動轉換的。如果沒有開啟分頁管理，則線性地址就是物理地址。如果開啟了分頁管理，那麼系統程式需要參和線性地址到物理地址的轉換過程。具體是通過設置頁目錄表和頁表項進行的。