本期，边肖将为您带来关于CPU如何访问内存的信息。文章内容丰富，从专业角度进行分析和描述。看完这篇文章，希望你能有所收获。
内存管理可以说是一个难学的模块，这也是为什么难学的原因。首先，内存管理涉及硬件的实现原理和软件的复杂算法；第二，网上关于内存管理的错误解释太多了。我希望做一系列的内存管理，从硬件实现到底层内存分配算法，再从内核分配算法到应用内存分区，直到内存如何与硬盘交互等等。从而彻底了解内存管理的整个框架。下面主要讲解硬件原理和分页管理。
00-1010我们先来看一张图片：
从图中可以清楚地看到CPU、MMU和DDR是如何在硬件中分布的。首先，CPU访问内存时，需要通过MMU将虚拟地址转换为物理地址，然后通过总线访问内存。MMU开启后，CPU看到的所有地址都是虚拟地址。CPU将这个虚拟地址发送给MMU后，MMU会在页表中找出这个虚拟地址对应的物理地址是什么，从而访问外部DDR(记忆棒)。
因此，了解MMU如何将虚拟地址转换为物理地址将有助于您了解CPU如何通过MMU访问内存。
MMU通过页表将虚拟地址转换为物理地址，这是一种特殊的数据结构。它被放置在系统空间的页表区域中，以存储逻辑页和物理页框架之间的对应关系。每个进程都有自己的页表。
CPU访问的虚拟地址可以分为：p(页码)，作为页表的索引；d(页面偏移量)，页面内的地址偏移量。现在我们假设每页的大小为4KB，页表只有一级，那么页表看起来是这样的(页表的每行有32位，前20位代表页码P，后12位代表页面偏移量D):
CPU、虚拟地址、页表和物理地址之间的关系如下：
页面包含每个页面所在的物理内存的基址。这些基址和页面偏移量的组合形成一个物理地址，可以发送到物理单元。
我们发现，如果采用一级页表，每个进程需要一个4 MB的页表(如果虚拟地址空间为32位(即4GB)，每个页面映射4KB，每个页表项占用4MB，那么进程需要1M的页表项(4GB/4KB=1M)，即页表(每个进程有一个页表)占用4 MB (1 M * 4B=4 MB)。但是对于大多数程序来说，它们使用的空间远远不是4GB，那么为什么要映射不可能使用的空间呢？也就是说，一级页表覆盖了整个4GB的虚拟地址空间，但是如果不使用一级页表的页表条目，就不需要创建这个页表条目对应的二级页表，也就是说，只有在需要的时候才能创建二级页表。做一个简单的计算，假设只使用了20%的一级页表条目，那么页表占用的内存空间只有0.804 MB(1k * 4b 0.2 * 1k * 1k * 4b=0.804 MB)。除了在需要时创建辅助页表，该页还可以从磁盘传输到内存。只有主页表在内存中，只有一个次页表在内存中，其余的都在磁盘中(虽然这样效率很低)。此时页表占用8KB(1K * 4B 1 * 1K * 4B=8KB)，远小于上一步的0.804MB。总之，使用多级页表可以节省内存。
第二级页表是重新分页页表。还是以之前的32位系统为例，一个逻辑地址分为20位页码和12位页偏移量d，因为页表要重新分页，所以页号可以分为10位页码p1和10位页偏移量p2。其中p1用于访问外部页表的索引，p2是外部页表的页偏移量。
这就是上面边肖共享的中央处理器访问内存的方式。如果你恰好也有类似的疑惑，可以参考上面的分析来理解。想了解更多，请关注行业信息渠道。
内容来源网络，如有侵权，联系删除，本文地址：https://www.230890.com/zhan/154598.html