处理器和虚拟/物理地址

Question

简而言之，据我了解内存管理，处理器会生成虚拟地址。这些地址使用MMU的每进程地址表转换为相应的物理地址（TLB和页面错误介于两者之间，当需要时）。

我的问题是处理器总是生成虚拟地址吗？在地址空间（用户/内核），处理器模式（用户/内核）和上下文（进程/系统）方面，处理器何时生成物理地址？

Answer 1

内存通常对虚拟地址或段没有任何了解，虚拟地址或段是CPU概念，它只是内存，可寻址和可读/可写位的集合。处理器使用物理地址与存储器通信。许多简单的处理器（特别是旧的处理器或特殊的嵌入式用户）没有MMU，虚拟地址或特权模式。那些拥有MMU和虚拟地址的人通常会从禁用的那些开始，或者他们最初使用固定映射，否则如果根本没有映射就没有任何东西可以工作。

因此，物理地址始终在使用，而对于虚拟地址，它取决于CPU和正在使用的软件。

Answer 2

处理器不知道它是物理地址还是虚拟地址，这是各个MMU进行翻译的工作。

处理器必须将地址放在地址总线上，所以现在路径取决于MMU是启用还是禁用。如果MMU被启用，它将遵循MMU转换的路径，相应的物理地址将被放置在地址总线上，如果MMU被禁用，相应指令生成的相同地址将被放置在地址总线上。

因此，如果MMU被禁用，则程序员有责任所有地址访问都应该是物理地址，否则它将是系统中的异常或中止

Answer 3

是的，当系统在VM上工作时，指令/程序即使在引导时也只产生VA，尽管页表仍然不存在，但生成的地址与物理地址不同。

但处理器需要物理地址才能访问内存。因此存在从虚拟地址生成物理地址的机制，其被称为通过页表完成的地址转换。是的，无论你在内核模式/用户模式下看到什么，寄存器值都是虚拟地址。但是当处理器实际执行计算时，处理器总是使用物理地址

Answer 4

  

我的问题是处理器总是生成虚拟地址吗？在地址空间（用户/内核），处理器模式（用户/内核）和上下文（进程/系统）方面，处理器何时生成物理地址？

x86 CPU使用3种不同的“种类”地址运行：

• physical ：用于选择内存中字节的实际地址。用于段基地址，中断描述符表，全局描述符表等。
• 逻辑：这些是您在禁用分页时大部分时间都使用的地址。它们通过添加相应的段（物理）基地址转换为物理地址。
• virtual ：启用分页时大多数指令使用的地址。它们使用页面目录和表格转换为逻辑地址。

使用哪种地址不依赖于当前权限级别（CPL;“系统模式”，“用户模式”或其间）。它取决于处理器的状态（是否启用分页）和实际指令（例如lidt）。虽然我想可以安全地假设“用户模式”（CPL> 0）中没有物理寻址，因为使用物理地址的指令通常是特权指令。

Answer 5

通常，CPU只知道“虚拟地址”。即，当你进行任何汇编编程时，任何“加载regs，*（内存ptr）”或类似操作，地址都是虚拟地址。

下图很好地说明了这个概念：

http://slideplayer.com/slide/4394245/（第7页）

来自CPU的任何地址始终是虚拟的。但是如果处理器有一个MMU，那么MMU会在将它们放入内存总线之前拦截地址并将其转换为物理地址（通过Page Table机制）。因此，如果您嗅探内存总线，您将看到物理地址。

参考文献：

https://www.quora.com/What-is-the-return-address-of-kmalloc-Physical-or-Virtual