89-我们看到的地址是虚拟地址还是物理地址？

今天药忘吃喽~ 2022-12-28 08:27 234阅读 0赞

**对于程序中，我们看到的内存地址，其实是逻辑地址， 也就是进程的地址空间**，从0开始，往上增长的，这个地址空间我们叫某个进程的地址空间  
一个页面的大小是4K（2^12)，地址空间大小是4G(2 ^32)，所以，进程可以使用2 ^20个页面  
![在这里插入图片描述][6849cfca90194728a30d9d641698006e.png]  
父进程一般在输出某一个变量地址，就是图中的**逻辑地址。**  
父子进程有各自独立的地址空间。和上图一样。  
**它们的变量的逻辑地址可能是相同的，但是物理地址是绝对不一样的。**  
**父子进程查各自的页表，找到各自在物理内存上的位置。**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBALeael-azveWuhw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
如果在同一个进程里，逻辑地址相同，都是指向的同一个物理页面。  
不同进程的页号如果一样，但是页表映射关系是不一样的，对应的物理页面是不一样的。

**为什么我们在程序中不使用物理地址？**  
因为在运行的目标主机上，我们不知道当前哪些物理页面是空闲的，如果我们程序写的都是物理页面，比如说，第一个进程说它要用0,1，2,3号页面，那万一子进程也要用0,1，2,3号页面，就起冲突了，然后其他页面是空闲的。我们在写程序的时候不知道其他程序会用哪些物理页面，我们无法预知将要运行的主机上哪些物理页面是空闲，而且物理页面的空闲页面是变化的，每次开机，空闲的页面是不一样的，我们无法确定，所以我们只能看逻辑地址，就像跳舞一样，每个人有相对其他人的位置，跳舞的队列是不变的，但是有可能在操场跳舞，或者在广场跳舞。我们只能记录相对位置，然后通过页表映射，页表的更新，确定哪个物理页面是空闲的。

**请看下列代码**

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int a = 1, b = 255;
    int main()
    {
        
    	int *p= &a;
    	printf("p = %X, &b = %X\n", p, &b);
    	return 0;
    
    }

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**在C语言中，指针变量的值就是一个内存地址，&运算符的作用也是取变量的内存地址**  
代码中的 a、b 是全局变量，它们的内存地址在链接时就已经决定了，以后再也不能改变，该程序无论在何时运行，结果都是一样的。那么问题来了，如果物理内存中的这两个地址被其他程序占用了怎么办，我们的程序岂不是无法运行了？

**幸运的是，这些内存地址都是假的，不是真实的物理内存地址，而是虚拟地址**。虚拟地址通过CPU的转换才能对应到物理地址，而且每次程序运行时，操作系统都会重新安排虚拟地址和物理地址的对应关系，哪一段物理内存空闲就使用哪一段。  
**虚拟地址–>内存映射机制–>物理地址**  
虚拟地址的整个想法是这样的：把程序给出的地址看做是一种虚拟地址（Virtual Address），然后通过某些映射的方法，将这个虚拟地址转换成实际的物理地址。这样，只要我们能够妥善地控制这个虚拟地址到物理地址的映射过程，就可以保证程序每次运行时都可以使用相同的地址。  
除了在编程时可以使用固定的内存地址，给程序员带来方便外，使用虚拟地址还能够使不同程序的地址空间相互隔离，提高内存使用效率。  
如果所有程序都直接使用物理内存，那么程序所使用的地址空间不是相互隔离的。恶意程序可以很容易改写其他程序的内存数据，以达到破坏的目的；有些非恶意、但是有 Bug 的程序也可能会不小心修改其他程序的数据，导致其他程序崩溃。  
这对于需要安全稳定的计算机环境的用户来说是不能容忍的，用户希望他在使用计算机的时候，其中一个任务失败了，至少不会影响其他任务。  
使用了虚拟地址后，程序A和程序B虽然都可以访问同一个地址，但它们对应的物理地址是不同的，无论如何操作，都不会修改对方的内存。

使用虚拟地址后，操作系统会更多地介入到内存管理工作中，这使得控制内存权限成为可能。例如，我们希望保存数据的内存没有执行权限，保存代码的内存没有修改权限，操作系统占用的内存普通程序没有读取权限等。  
另外，当物理内存不足时，操作系统能够更加灵活地控制换入换出的粒度，磁盘 I/O 是非常耗时的工作，这能够从很大程度上提高程序性能。

在计算机中，为了让操作更加直观、易于理解、增强用户体验，开发者经常会使用一件法宝——增加中间层，即使用一种间接的方式来屏蔽复杂的底层细节，只给用户提供简单的接口。虚拟地址是使用中间层的一个典型例子。

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