cpu和內(nèi)存之間有三根總線，地址，數(shù)據(jù)，和控制總線。

這是在說地址之間的問題。cpu和內(nèi)存之間用地址來查找數(shù)據(jù)，但是兩者的地址并不總是一樣的，cpu產(chǎn)生的是邏輯地址，而內(nèi)存的就是物理地址。通常都是不一樣的，所以需要地址映射。

正好是從編程人員的角度看，（不考慮解釋執(zhí)行）程序總是經(jīng)過源程序編譯，連接，運(yùn)行三個(gè)階段。在這個(gè)過程中，指令和數(shù)據(jù)就要調(diào)到內(nèi)存。

地址捆綁的三種形式：

編譯時(shí)：編譯時(shí)就生成了絕對(duì)地址。MS-DOS的COM程序就是這樣的。

加載時(shí)：編譯時(shí)編譯器生成可重定位代碼，在加載時(shí)捆綁。

執(zhí)行時(shí)：執(zhí)行時(shí)才能綁定。

上面說的都是內(nèi)存中的物理地址，對(duì)于編譯時(shí)和加載時(shí)的地址，物理地址和cpu產(chǎn)生的邏輯地址都是一樣的。但是對(duì)于運(yùn)行時(shí)的綁定，邏輯地址（又稱虛擬地址）和物理地址是不一樣的。這時(shí)候就需要有一個(gè)地址映射的問題，這個(gè)問題由MMU(內(nèi)存管理單元)來完成。

這個(gè)實(shí)現(xiàn)其實(shí)就像是分段尋址一樣，有一個(gè)重定位寄存器，其實(shí)就是基址寄存器，cpu生成的都是邏輯地址，也就是說都是個(gè)偏移量，當(dāng)要把數(shù)據(jù)放到內(nèi)存里時(shí)，總是要將偏移量加上基址才是真正的物理地址。

用戶處理的也都是邏輯地址，也就是說我們編程時(shí)查看的地址都是邏輯地址。

動(dòng)態(tài)加載：

就是說只有當(dāng)運(yùn)行時(shí)，并且程序調(diào)用子程序時(shí)，鏈接程序才將子程序調(diào)到內(nèi)存里，否則總是放到磁盤上存儲(chǔ)的。它也是先檢查是否子程序已經(jīng)被加載，沒有的時(shí)候才加載。

動(dòng)態(tài)鏈接：

運(yùn)行時(shí)才進(jìn)行鏈接。否則程序需要的模塊都將被調(diào)入到內(nèi)存，浪費(fèi)空間。

內(nèi)存的空間并不是很大，尤其它必須要裝載操作系統(tǒng)內(nèi)核和用戶進(jìn)程。當(dāng)進(jìn)程分配的空間不夠大時(shí)，有兩種策略：覆蓋和交換。

覆蓋就是將內(nèi)存中不再需要的空間覆蓋掉，用來存放需要的數(shù)據(jù)。

交換就是將暫時(shí)不用的空間的數(shù)據(jù)交換出去到輔存，需要時(shí)再調(diào)回來。

但是仍然，對(duì)內(nèi)存空間的合理分配是必要的，不同方法：

連續(xù)分配內(nèi)存。

分頁技術(shù)：不需要連續(xù)的內(nèi)存。

分段：用戶思考。

連續(xù)分配內(nèi)存：

將內(nèi)存劃分為固定大小的很多分區(qū)，規(guī)定每個(gè)分區(qū)存放一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)。

這是基本思路，它的推廣就是將分區(qū)想象成諸多的孔（hole），總是找合適的孔來存放進(jìn)程。用孔的概念就是來說明它的一定的靈活性，孔是由一些大小不等的孔組成的，但是你看起來還是一個(gè)孔，如果進(jìn)程比較小，就劃出一個(gè)小孔，其他的不用，進(jìn)程大的話就組成一個(gè)大孔。如果進(jìn)程太多就等待，直到可以容納為止。有一點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配的意思。

所以它是變長分區(qū)的，而不用一個(gè)固定分區(qū)存放一個(gè)進(jìn)程。

但是本質(zhì)是一樣的，進(jìn)程分配的內(nèi)存空間總是連續(xù)的。這樣有好處，一個(gè)進(jìn)程總是被固定在一定的范圍之內(nèi)，這樣有利于進(jìn)程保護(hù)：當(dāng)進(jìn)程出錯(cuò)時(shí)，它能影響的也只是自己所在的那一塊內(nèi)存，而不會(huì)導(dǎo)致大量的錯(cuò)誤。

但是這樣會(huì)產(chǎn)生碎片。也就是兩個(gè)進(jìn)程之間總有些空間是沒有使用也無法使用的。

所以有了分頁的方法：

它允許進(jìn)程的地址可以是非連續(xù)的。

物理內(nèi)存中還是分為固定大小的片段，叫做幀，對(duì)應(yīng)的，邏輯內(nèi)存（也就是cpu產(chǎn)生的邏輯地址的空間）也分為同樣大的片段，叫做頁，再同樣的，輔存中對(duì)應(yīng)的叫做塊。

由于cpu產(chǎn)生的都是邏輯的地址，于是我們完全可以使它是連續(xù)的，因?yàn)橛脩羰褂玫亩际沁壿嫷刂?#xff0c;所以我們?cè)诓榭吹刂窌r(shí)看到的總是連續(xù)的，我們看到的就是邏輯內(nèi)存。但是在實(shí)際的內(nèi)存中它可以不是這樣的。

想想吧，那么我們編程時(shí)查看的連續(xù)的內(nèi)存，以及我們畫的長方形的內(nèi)存圖，都是邏輯內(nèi)存，物理內(nèi)存我們是沒法知道的，因?yàn)槟鞘遣僮飨到y(tǒng)根據(jù)幀表分配的。幀表是什么呢？幀是物理內(nèi)存中的內(nèi)存片段，它是對(duì)應(yīng)頁的，所以幀表就是記錄那些被使用的頁。比如用1表示，另外不用的用0表示，當(dāng)新的進(jìn)程要求分配內(nèi)存空間時(shí)，操作系統(tǒng)就查看幀表就行了，哪些部分是1，忙著呢，哪些部分是0，好可以用！

這些連續(xù)的東西對(duì)應(yīng)到實(shí)際的內(nèi)存的物理空間，如果用連續(xù)內(nèi)存分配的方法，就是一塊地址完全對(duì)應(yīng)。但是用分頁呢，邏輯地址看上去是連續(xù)的，但是它映射到物理地址上就可以有一些處理方法了，這里用的就是一張頁表，很簡單的記錄著cpu上邏輯的地址對(duì)應(yīng)著內(nèi)存中的哪個(gè)物理地址。好像很多事我們都是這樣做的。剩下的就是頁的大小的問題了，想想吧，如果頁太大，比如大到完全容納一個(gè)進(jìn)程，那么就和連續(xù)內(nèi)存分配一樣了，但是如果頁太小，小到內(nèi)存中一個(gè)內(nèi)存單元就是一個(gè)片段，是不是也好像沒問題?但是這樣的話頁表就太可怕了，1G的內(nèi)存需要1G項(xiàng)個(gè)地址么？不能也不需要，所以總要設(shè)定一個(gè)合適的頁大小。

其實(shí)這樣的方法也就是一種重定位，邏輯地址是一個(gè)偏移量，不同的頁就是不同的基址，然后基址加偏移就是物理地址了。

采用分頁的好處呢？它不會(huì)產(chǎn)生外部碎片。但是如果到最后一個(gè)頁內(nèi)，它很可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部碎片的。另外，頁表也需要額外的開銷。

分段：

我們分析程序時(shí)，總是考慮它在內(nèi)存中是怎樣的。我們知道全局變量和常量是放在一起的。代碼段是放在棧區(qū)的，動(dòng)態(tài)分配的數(shù)據(jù)是放在堆區(qū)的。但是這些區(qū)真的存在么？即使不存在，我們查看內(nèi)存時(shí)，棧區(qū)的地址都是連續(xù)的，堆區(qū)的地址也都是連續(xù)的，好像它就是各個(gè)區(qū)占一部分連續(xù)內(nèi)存的。

但是你從前面方法中能看得出來么？連續(xù)內(nèi)存分配是將整個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)都一排溜的放在一起，分頁只是分了內(nèi)存片段，但是對(duì)于具體數(shù)據(jù)它是透明的，它沒有對(duì)各種數(shù)據(jù)，指令還是純數(shù)據(jù)做不同的處理。

分段的技術(shù)允許編譯器定義自己的段，我們說的堆區(qū)，棧區(qū)就是一種編譯器設(shè)定的。也就是這樣，編譯器才能夠識(shí)別編程代碼。這樣它的很多功能就可以實(shí)現(xiàn)了，比如指令和數(shù)據(jù)放在不同的地方，數(shù)據(jù)是屬于用戶的可以修改，指令卻是屬于操作系統(tǒng)的，它可以被定義為只讀，不能被改變。

分段仍然需要邏輯地址和物理地址的映射。只不過它需要的是段表，段表記錄不同的數(shù)據(jù)位于什么“段”，它當(dāng)然也是用地址標(biāo)記的，但就好象是給內(nèi)存的段取個(gè)名字一樣。地址從幾到幾，代碼段，從幾到幾，堆區(qū)……是不是已經(jīng)很好理解了？

其實(shí)它和分頁是差不多的，分頁也可以這么理解。只不過分頁是固定大小的。而分段卻是動(dòng)態(tài)分配的，并且它有不同的“使命”；

分段也會(huì)有內(nèi)存碎片。

分段和分頁各有優(yōu)缺點(diǎn)，段表和頁表都需要額外的開銷。分頁不會(huì)產(chǎn)生外部碎片，但是它隔離了邏輯地址和物理地址，并且毫無章法，完全動(dòng)態(tài)。分段會(huì)產(chǎn)生外部碎片，但是它從我們的思考考慮，給內(nèi)存加了別名?，F(xiàn)在的思路總是取長補(bǔ)短，兩者合并，分段加分頁。

關(guān)鍵詞：

硬件支持：到底采用什么方法來進(jìn)行內(nèi)存管理最大的決定因素是硬件支持。邏輯地址到物理地址的映射都是靠硬件來實(shí)現(xiàn)的。無論是連續(xù)分配還是段表還是頁表，都是一幫子地址寄存器，基址寄存器記錄內(nèi)存片段的開始，而另一個(gè)寄存器保存長度信息等等，編程中的變長數(shù)組（其實(shí)就是堆）就是這么做的。

碎片：

固定大小分配單元（分頁）會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部碎片。而不定長的方法（多分區(qū)和分段）會(huì)產(chǎn)生外部碎片。

共享：

分段和分頁時(shí)進(jìn)程總是分為了多個(gè)模塊，如果它們保存的是特定的功能，那么這些模塊可以是共享的。而連續(xù)分配總是一段數(shù)據(jù)都是屬于一個(gè)進(jìn)程。

保護(hù)：

仍然是分段和分頁的多個(gè)模塊，如果它們保存的是特定的功能，可以設(shè)置是否只讀，這就是保護(hù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的cpu和内存之间——地址映射的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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