轉(zhuǎn)載：http://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/9664887
分析linux內(nèi)存管理機(jī)制翎冲，離不了上述幾個概念垂睬，在介紹上述幾個概念之前，先從《深入理解linux內(nèi)核》這本書中摘抄幾段關(guān)于上述名詞的解釋：
一抗悍、《深入理解linux內(nèi)核》的解釋
邏輯地址（Logical Address）
包含在機(jī)器語言指令中用來指定一個操作數(shù)或一條指令的地址（有點深奧）驹饺。這種尋址方式在80x86著名的分段結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)得尤為具體，它促使windows程序員把程序分成若干段缴渊。每個邏輯地址都由一個段和偏移量組成赏壹，偏移量指明了從段開始的地方到實際地址之間的距離。
線性地址（linear address）(也稱虛擬地址 virtual address)
是一個32位無符號整數(shù)衔沼，可以用來表示高達(dá)4GB的地址蝌借，線性地址通常用十六進(jìn)制數(shù)字表示田柔，值的范圍從0x00000000到0xffffffff。
物理地址（physical address）
用于內(nèi)存芯片級內(nèi)存單元尋址骨望。它們與從微處理器的地址引腳按發(fā)送到內(nèi)存總線上的電信號相對應(yīng)。物理地址由32位或36位無符號整數(shù)表示欣舵。（其實這個最好理解擎鸠，就是實實在在的地址）
（PS：在下面的解釋就可以看到，有時也將邏輯地址看做虛擬地址缘圈，但是《深入理解linux內(nèi)核》中將線性地址看做虛擬地址）
首先說一句話：linux關(guān)于內(nèi)存尋址可以分為幾個階段劣光，首先由分段機(jī)制，然后有分頁機(jī)制糟把。
分頁機(jī)制在段機(jī)制之后進(jìn)行绢涡，以完成線性—物理地址的轉(zhuǎn)換過程。段機(jī)制把邏輯地址轉(zhuǎn)換為線性址頁機(jī)制進(jìn)一步把該線性地址再轉(zhuǎn)換為物理地址 下面是我從網(wǎng)上查找資料了解到的遣疯，同時添加了自己的理解二雄可、第二種解釋
邏輯地址（Logical Address）
是指由程序產(chǎn)生的與段相關(guān)的偏移地址部分。例如缠犀，你在進(jìn)行C語言指針編程中数苫，可以讀取指針變量本身值(&操作)，實際上這個值就是邏輯地址辨液，它是相對于你當(dāng)前進(jìn)程數(shù)據(jù)段的地址虐急，不和絕對物理地址相干。只有在Intel實模式下滔迈，邏輯地址才和物理地址相等（因為實模式?jīng)]有分段或分頁機(jī)制,Cpu不進(jìn)行自動地址轉(zhuǎn)換）止吁；邏輯也就是在Intel保護(hù)模式下程序執(zhí)行代碼段限長內(nèi)的偏移地址（假定代碼段、數(shù)據(jù)段如果完全一樣）燎悍。應(yīng)用程序員僅需與邏輯地址打交道敬惦，而分段和分頁機(jī)制對您來說是完全透明的，僅由系統(tǒng)編程人員涉及间涵。應(yīng)用程序員雖然自己可以直接操作內(nèi)存仁热，那也只能在操作系統(tǒng)給你分配的內(nèi)存段操作。（也就是說勾哩，咱們應(yīng)用程序中看到的地址都是邏輯地址抗蠢。） 如果是程序員，那么邏輯地址對你來說應(yīng)該是輕而易舉就可以理解的思劳。我們在寫C代碼的時候經(jīng)常說我們定義的結(jié)構(gòu)體首地址的偏移量迅矛，函數(shù)的入口偏移量，數(shù)組首地址等等潜叛。當(dāng)我們在考究這些概念的時候秽褒，其實是相對于你這個程序而言的壶硅。并不是對于整個操作系統(tǒng)而言的。也就是說销斟，邏輯地址是相對于你所編譯運行的具體的程序（或者叫進(jìn)程吧庐椒，事實上在運行時就是當(dāng)作一個進(jìn)程來執(zhí)行的）而言。你的編譯好的程序的入口地址可以看作是首地址蚂踊，而邏輯地址我們通吃继福可以認(rèn)為是在這個程序中，編譯器為我們分配好的相對于這個首地址的偏移犁钟，或者說以這個首地址為起點的一個相對的地址值棱诱。（PS：這么來看，邏輯地址就是一個段內(nèi)偏移量涝动，但是這么說違背了邏輯地址的定義迈勋，在intel段是管理中，一個邏輯地址醋粟，是由一個段標(biāo)識符加上一個指定段內(nèi)相對地址的偏移量靡菇，表示為 [段標(biāo)識符：段內(nèi)偏移量]） 當(dāng)我們雙擊一個可執(zhí)行程序時，就是給操作系統(tǒng)提供了這個程序運行的入口地址昔穴。之后shell把可執(zhí)行文件的地址傳入內(nèi)核镰官。進(jìn)入內(nèi)核后，會fork一個新的進(jìn)程出來吗货，新的進(jìn)程首先分配相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域泳唠。這里會碰到一個著名的概念叫做Copy On Write，即寫時復(fù)制技術(shù)宙搬。這里不詳細(xì)講述笨腥，總之新的進(jìn)程在fork出來之后，新的進(jìn)程也就獲得了整個的PCB結(jié)構(gòu)勇垛，繼而會調(diào)用exec函數(shù)轉(zhuǎn)而去將磁盤中的代碼加載到內(nèi)存區(qū)域中脖母。這時候，進(jìn)程的PCB就被加入到可執(zhí)行進(jìn)程的隊列中闲孤，當(dāng)CPU調(diào)度到這個進(jìn)程的時候就真正的執(zhí)行了谆级。
我們大可以把程序運行的入口地址理解為邏輯地址的起始地址，也就是說讼积，一個程序的開始的地址肥照。以及以后用到的程序的相關(guān)數(shù)據(jù)或者代碼相對于這個起始地址的位置（這是由編譯器事先安排好的），就構(gòu)成了我們所說的邏輯地址勤众。邏輯地址就是相對于一個具體的程序（事實上是一個進(jìn)程舆绎，即程序真正被運行時的相對地址）而言的。這么理解在細(xì)節(jié)上有一定的偏差们颜，只要領(lǐng)會即可吕朵。 總之一句話猎醇，邏輯地址是相對于應(yīng)用程序而言的。
邏輯地址產(chǎn)生的歷史背景： 追根求源努溃，Intel的8位機(jī)8080CPU硫嘶，數(shù)據(jù)總線（DB）為8位，地址總線（AB）為16位梧税。那么這個16位地址信息也是要通過8位數(shù)據(jù)總線來傳送音半，也是要在數(shù)據(jù)通道中的暫存器，以及在CPU中的寄存器和內(nèi)存中存放的贡蓖，但由于AB正好是DB的整數(shù)倍，故不會產(chǎn)生矛盾煌茬！
但當(dāng)上升到16位機(jī)后斥铺，Intel8086/8088CPU的設(shè)計由于當(dāng)年IC集成技術(shù)和外封裝及引腳技術(shù)的限制，不能超過40個引腳坛善。但又感覺到8位機(jī)原來的地址尋址能力216＝64KB太少了晾蜘，但直接增加到16的整數(shù)倍即令A(yù)B＝32位又是達(dá)不到的。故而只能把AB暫時增加4條成為20條眠屎。則220＝1MB的尋址能力已經(jīng)增加了16倍剔交。但此舉卻造成了AB的20位和DB的16位之間的矛盾，20位地址信息既無法在DB上傳送改衩，又無法在16位的CPU寄存器和內(nèi)存單元中存放岖常。于是應(yīng)運而生就產(chǎn)生了CPU段結(jié)構(gòu)的原理。Intel為了兼容葫督，將遠(yuǎn)古時代的段式內(nèi)存管理方式保留了下來竭鞍，也就存在了邏輯地址
線性地址（Linear Address） 是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層。程序代碼會產(chǎn)生邏輯地址橄镜，或者說是段中的偏移地址偎快，加上相應(yīng)段的基地址就生成了一個線性地址。如果啟用了分頁機(jī)制洽胶，那么線性地址可以再經(jīng)變換以產(chǎn)生一個物理地址晒夹。若沒有啟用分頁機(jī)制，那么線性地址直接就是物理地址姊氓。Intel80386的線性地址空間容量為4G（2的32次方即32根地址總線尋址）丐怯。
我們知道每臺計算機(jī)有一個CPU（我們從單CPU來說吧。多CPU的情況應(yīng)該是雷同的）他膳，最終所有的指令操作或者數(shù)據(jù)等等的運算都得由這個CPU來進(jìn)行响逢，而與CPU相關(guān)的寄存器就是暫存一些相關(guān)信息的存儲記憶設(shè)備。因此棕孙，從CPU的角度出發(fā)的話舔亭，我們可以將計算機(jī)的相關(guān)設(shè)備或者部件簡單分為兩類：一是數(shù)據(jù)或指令存儲記憶設(shè)備（如寄存器些膨，內(nèi)存等等），一種是數(shù)據(jù)或指令通路（如地址線，數(shù)據(jù)線等等）诫尽。線性地址的本質(zhì)就是“CPU所看到的地址”晶默。如果我們追根溯源，就會發(fā)現(xiàn)線性地址的就是伴隨著Intel的X86體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展而產(chǎn)生的洼哎。當(dāng)32位CPU出現(xiàn)的時候，它的可尋址范圍達(dá)到4GB沼本，而相對于內(nèi)存大小來說噩峦，這是一個相當(dāng)巨大的數(shù)字，我們也一般不會用到這么大的內(nèi)存抽兆。那么這個時候CPU可見的4GB空間和內(nèi)存的實際容量產(chǎn)生了差距识补。而線性地址就是用于描述CPU可見的這4GB空間。我們知道在多進(jìn)程操作系統(tǒng)中辫红，每個進(jìn)程擁有獨立的地址空間凭涂，擁有獨立的資源。但對于某一個特定的時刻贴妻，只有一個進(jìn)程運行于CPU之上切油。此時，CPU看到的就是這個進(jìn)程所占用的4GB空間名惩，就是這個線性地址澎胡。而CPU所做的操作，也是針對這個線性空間而言的娩鹉。之所以叫線性空間滤馍，大概是因為人們覺得這樣一個連續(xù)的空間排列成一線更加容易理解吧。其實就是CPU的可尋址范圍底循。 對linux而言巢株，CPU將4GB劃分為兩個部分，0-3GB為用戶空間（也可以叫核外空間）熙涤，3-4GB為內(nèi)核空間（也可以叫核內(nèi)空間）阁苞。操作系統(tǒng)相關(guān)的代碼，即內(nèi)核部分的代碼數(shù)據(jù)都會映射到內(nèi)核空間祠挫，而用戶進(jìn)程則會映射到用戶空間那槽。至于系統(tǒng)是如何將線性地址轉(zhuǎn)換到實際的物理內(nèi)存上，在下一篇文章講解等舔，無外乎段式管理和頁式管理骚灸。
物理地址（Physical Address）是指出現(xiàn)在CPU外部地址總線上的尋址物理內(nèi)存的地址信號，是地址變換的最終結(jié)果地址慌植。如果啟用了分頁機(jī)制甚牲，那么線性地址會使用頁目錄和頁表中的項變換成物理地址义郑。如果沒有啟用分頁機(jī)制，那么線性地址就直接成為物理地址了丈钙。
三非驮、第三種解釋
虛擬內(nèi)存（Virtual Memory） 是指計算機(jī)呈現(xiàn)出要比實際擁有的內(nèi)存大得多的內(nèi)存量。因此它允許程序員編制并運行比實際系統(tǒng)擁有的內(nèi)存大得多的程序雏赦。這使得許多大型項目也能夠在具有有限內(nèi)存資源的系統(tǒng)上實現(xiàn)劫笙。一個很恰當(dāng)?shù)谋扔魇牵耗悴恍枰荛L的軌道就可以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）就可以完成這個任務(wù)星岗。采取的方法是把后面的鐵軌立刻鋪到火車的前面填大，只要你的操作足夠快并能滿足要求，列車就能象在一條完整的軌道上運行俏橘。這也就是虛擬內(nèi)存管理需要完成的任務(wù)栋盹。在Linux0.11內(nèi)核中，給每個程序（進(jìn)程）都劃分了總?cè)萘繛?4MB的虛擬內(nèi)存空間敷矫。因此程序的邏輯地址范圍是0x0000000到0x4000000。
有時我們也把邏輯地址稱為虛擬地址汉额。因為與虛擬內(nèi)存空間的概念類似曹仗，邏輯地址也是與實際物理內(nèi)存容量無關(guān)的。（這一點和上面的解釋有一點區(qū)別蠕搜，往下的解釋就按照這個繼續(xù)） 邏輯地址與物理地址的“差距”是0xC0000000怎茫，是由于虛擬地址->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(tǒng)指定的妓灌。
虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)化方法是與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的轨蛤。一般來說有分段、分頁兩種方式虫埂。以現(xiàn)在的x86 cpu為例祥山，分段分頁都是支持的。MemoryMangement Unit負(fù)責(zé)從邏輯地址到物理地址的轉(zhuǎn)化掉伏。邏輯地址是段標(biāo)識+段內(nèi)偏移量的形式缝呕，MMU通過查詢段表，可以把邏輯地址轉(zhuǎn)化為線性地址斧散。如果cpu沒有開啟分頁功能供常，那么線性地址就是物理地址；如果cpu開啟了分頁功能鸡捐，MMU還需要查詢頁表來將線性地址轉(zhuǎn)化為物理地址：邏輯地址 ----（段表）---> 線性地址 — （頁表）—> 物理地址不同的邏輯地址可以映射到同一個線性地址上栈暇；不同的線性地址也可以映射到同一個物理地址上；所以是多對一的關(guān)系箍镜。另外源祈，同一個線性地址煎源，在發(fā)生換頁以后，也可能被重新裝載到另外一個物理地址上新博。所以這種多對一的映射關(guān)系也會隨時間發(fā)生變化薪夕。
四、第四種解釋
程序（進(jìn)程）的虛擬地址和邏輯地址
邏輯地址（logicaladdress）指程序產(chǎn)生的段內(nèi)偏移地址赫悄。應(yīng)用程序只與邏輯地址打交道原献，分段分頁對應(yīng)用程序來說是透明的。也就是說C語言中的&埂淮，匯編語言中的符號地址姑隅，C中嵌入式匯編的”m”對應(yīng)的都是邏輯地址。
邏輯地址是Intel為了兼容倔撞，將遠(yuǎn)古時代的段式內(nèi)存管理方式保留了下來讲仰。邏輯地址指的是機(jī)器語言指令中，用來指定一個操作數(shù)或者是一條指令的地址痪蝇。以上例鄙陡，我們說的連接器為A分配的0x08111111這個地址就是邏輯地址。不過不好意思躏啰，這樣說趁矾，好像又違背了Intel中段式管理中，對邏輯地址要求给僵，“一個邏輯地址毫捣，是由一個段標(biāo)識符加上一個指定段內(nèi)相對地址的偏移量，表示為[段標(biāo)識符：段內(nèi)偏移量]帝际，也就是說蔓同，上例中那個0x08111111，應(yīng)該表示為[A的代碼段標(biāo)識符: 0x08111111]蹲诀，這樣斑粱，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脯爪，如果邏輯地址是對應(yīng)的硬件平臺段式管理轉(zhuǎn)換前地址的話珊佣，那么線性地址則對應(yīng)了硬件頁式內(nèi)存的轉(zhuǎn)換前地址。
實際物理內(nèi)存地址
物理地址（physicaladdress）是CPU外部地址總線上的尋址信號披粟，是地址變換的最終結(jié)果咒锻，一個物理地址始終對應(yīng)實際內(nèi)存中的一個存儲單元。對80386保護(hù)模式來說守屉，如果開啟分頁機(jī)制惑艇，線性地址經(jīng)過頁變換產(chǎn)生物理地址。如果沒有開啟分頁機(jī)制，線性地址直接對應(yīng)物理地址滨巴。頁目錄表項思灌、頁表項對應(yīng)都是物理地址。
是指出現(xiàn)在CPU外部地址總線上的尋址物理內(nèi)存的地址信號恭取，是地址變換的最終結(jié)果地址泰偿。如果啟用了分頁機(jī)制，那么線性地址會使用頁目錄和頁表中的項變換成物理地址蜈垮。如果沒有啟用分頁機(jī)制耗跛，那么線性地址就直接成為物理地址了。
物理地址用于內(nèi)存芯片級的單元尋址攒发，與處理器和CPU連接的地址總線相對應(yīng)调塌。這個概念應(yīng)該是這幾個概念中最好理解的一個，但是值得一提的是惠猿，雖然可以直接把物理地址理解成插在機(jī)器上那根內(nèi)存本身羔砾，把內(nèi)存看成一個從0字節(jié)一直到最大空量逐字節(jié)的編號的大數(shù)組，然后把這個數(shù)組叫做物理地址偶妖，但是事實上姜凄，這只是一個硬件提供給軟件的抽像，內(nèi)存的尋址方式并不是這樣趾访。所以态秧，說它是“與地址總線相對應(yīng)”，是更貼切一些腹缩，不過拋開對物理內(nèi)存尋址方式的考慮，直接把物理地址與物理的內(nèi)存一一對應(yīng)空扎，也是可以接受的藏鹊。也許錯誤的理解更利于形而上的抽像。
Linux0.11的內(nèi)核數(shù)據(jù)段转锈，內(nèi)核代碼段基地址都是0盘寡，所以對內(nèi)核來說，邏輯地址就是線性地址撮慨。又因為1個頁目錄表和4個頁表完全映射16M物理內(nèi)存竿痰，所以線性地址也就是物理地址。故對linux0.11內(nèi)核來說砌溺，邏輯地址影涉，線性地址，物理地址重合规伐。
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虛擬地址是對整個內(nèi)存（不要與機(jī)器上插那條對上號）的抽像描述蟹倾。它是相對于物理內(nèi)存來講的，可以直接理解成“不真實的”，“假的”內(nèi)存鲜棠，例如肌厨，一個0x08000000內(nèi)存地址，它并不對就物理地址上那個大數(shù)組中0x08000000 - 1那個地址元素豁陆；之所以是這樣柑爸，是因為現(xiàn)代操作系統(tǒng)都提供了一種內(nèi)存管理的抽像，即虛擬內(nèi)存（virtual memory）盒音。進(jìn)程使用虛擬內(nèi)存中的地址表鳍，由操作系統(tǒng)協(xié)助相關(guān)硬件，把它“轉(zhuǎn)換”成真正的物理地址里逆。這個“轉(zhuǎn)換”进胯，是所有問題討論的關(guān)鍵。有了這樣的抽像原押，一個程序胁镐，就可以使用比真實物理地址大得多的地址空間。（拆東墻诸衔，補(bǔ)西墻盯漂，銀行也是這樣子做的），甚至多個進(jìn)程可以使用相同的地址笨农。不奇怪就缆，因為轉(zhuǎn)換后的物理地址并非相同的≮艘啵可以把連接后的程序反編譯看一下竭宰，發(fā)現(xiàn)連接器已經(jīng)為程序分配了一個地址，例如份招，要調(diào)用某個函數(shù)A切揭，代碼不是call A，而是call 0x0811111111 锁摔，也就是說廓旬，函數(shù)A的地址已經(jīng)被定下來了。沒有這樣的“轉(zhuǎn)換”谐腰，沒有虛擬地址的概念孕豹，這樣做是根本行不通的。打住了十气，這個問題再說下去励背，就收不住了。五砸西、總結(jié)
CPU將一個虛擬內(nèi)存空間中的地址轉(zhuǎn)換為物理地址椅野，需要進(jìn)行兩步：首先將給定一個邏輯地址（其實是段內(nèi)偏移量，這個一定要理解！＞股痢＠敫！），CPU要利用其段式內(nèi)存管理單元炼蛤，先將為個邏輯地址轉(zhuǎn)換成一個線程地址妖爷，再利用其頁式內(nèi)存管理單元，轉(zhuǎn)換為最終物理地址理朋。
線性地址：是CPU所能尋址的空間或者范圍絮识。物理地址：是機(jī)器中實際的內(nèi)存地址。換言之嗽上，是機(jī)器中的內(nèi)存容量范圍次舌。邏輯地址：是對程序而言的。一般以Seg:Offset來表示兽愤。（程序員自己看到的地址）因此彼念，若要確實比較三者的話，應(yīng)有以下關(guān)系：線性地址大于等于物理地址(PS:但二者的地址空間是一樣的)浅萧，而邏輯地址大于線性地址逐沙。邏輯地址通過段表變換成線性地址，此時如果并未開啟分頁機(jī)制的情況下洼畅，邏輯地址直接轉(zhuǎn)換成CPU所能尋址的空間吩案。若已開啟則通過頁表完成線性地址到物理地址的變換。因此帝簇，三者最準(zhǔn)確的關(guān)系是：邏輯地址通過線性地址完成物理地址的映射徘郭，線性地址在三者之中完全是充當(dāng)"橋"的作用。
不管哪種解釋丧肴，都差不多残揉，只不過把虛擬地址歸屬于剩下三種的哪一個的問題
