任何时候,计算机上都存在一个程序能够产生的地址集合,我们称之为地址范围。这个范围的大小由CPU的位数决定,例如一个32位的CPU,它的地址范围是0~0xFFFFFFFF (4G),而对于一个64位的CPU,它的地址范围为0~0xFFFFFFFFFFFFFFFF (16E).这个范围就是我们的程序能够产生的地址范围,我们把这个地址范围称为虚拟地址空间,该空间中的某一个地址我们称之为虚拟地址。与虚拟地址空间和虚拟地址相对应的则是物理地址空间和物理地址,大多数时候我们的系统所具备的物理地址空间只是虚拟地址空间的一个子集。这里举一个最简单的例子直观地说明这两者,对于一台内存为256M的32bit x86主机来说,它的虚拟地址空间范围是0~0xFFFFFFFF(4G),而物理地址空间范围是0x00000000~0x0FFFFFFF(256M)。
在没有使用虚拟存储器的机器上,地址被直接送到内存总线上,使具有相同地址的物理存储器被读写;而在使用了虚拟存储器的情况下,虚拟地址不是被直接送到内存地址总线上,而是送到存储器管理单元MMU,把虚拟地址映射为物理地址。
大多数使用虚拟存储器的系统都使用一种称为分页(paging)机制。虚拟地址空间划分成称为页(page)的单位,而相应的物理地址空间也被进行划分,单位是页帧(frame).页和页帧的大小必须相同。在这个例子中我们有一台可以生成32位地址的机器,它的虚拟地址范围从0~0xFFFFFFFF(4G),而这台机器只有256M的物理地址,因此他可以运行4G的程序,但该程序不能一次性调入内存运行。这台机器必须有一个达到可以存放4G程序的外部存储器(例如磁盘或是FLASH),以保证程序片段在需要时可以被调用。在这个例子中,页的大小为4K,页帧大小与页相同--这点是必须保证的,因为内存和外围存储器之间的传输总是以页为单位的。对应4G的虚拟地址和256M的物理存储器,他们分别包含了1M个页和64K个页帧。
大学操作系统课~
首先地址是计算机用于访问具体硬件设备的映射名称,是CPU用于访问具体设备如内存、闪存、寄存器时用到的。CPU根据虚拟地址再通过虚拟地址和物理地址的映射来找到最终的物理地址来进行访问。
那为什么要分开成虚拟地址和物理地址呢?
之所以是这样,是因为现代操作系统都提供了一种内存管理的抽像,即虚拟内存(virtual memory)。进程使用虚拟内存中的地址,由操作系统协助相关硬件,把它“转换”成真正的物理地址。这个“转换”,是所有问题讨论的关键。 有了这样的抽像,一个程序,就可以使用比真实物理地址大得多的地址空间。甚至多个进程可以使用相同的地址。不奇怪,因为转换后的物理地址并非相同的。32位的物理地址通过映射变成48位的虚拟地址,通过分页机制就将内存由2^32变为2^48,大大增加了内存地址空间。
可以参考参考资料中的概念,了解了物理地址和虚拟地址的概念,再去学习一下分页机制,你就了解了为什么一台计算机有32位的物理地址却有48位虚拟地址。