处理器和虚拟/物理地址

Question

简而言之，据我了解内存管理，处理器生成虚拟地址。 MMU使用每个进程的地址表将这些地址转换为相应的物理地址（必要时在它们之间具有TLB和页面错误）。

我的问题是处理器是否总是产生虚拟地址？ 就地址空间（用户/内核），处理器模式（用户/内核）和上下文（进程/系统）而言，处理器何时始终产生物理地址？

Answer 1

内存通常不了解虚拟地址或段（这是CPU的概念），它只是内存，是可寻址和可读/可写位的集合。 处理器使用物理地址与内存对话。 许多简单的处理器（尤其是较旧的处理器或用于特殊嵌入式用途的处理器）都没有MMU，虚拟地址或特权模式。 那些拥有MMU和虚拟地址的设备通常以禁用它们开始，或者它们首先使用固定映射，因为否则，如果根本没有任何映射，则将无法工作。

因此，物理地址始终处于使用状态，而虚拟地址则取决于所使用的CPU和软件。

Answer 2

处理器不知道它是物理地址还是虚拟地址，翻译是各个MMU的工作。

处理器必须将地址放置在其地址总线上，因此现在路径取决于启用还是禁用MMU。 如果启用了MMU，它将遵循MMU转换的路径，并且相应的物理地址将被放置在地址总线上；如果MMU被禁用，则由相应指令生成的相同地址将被放置在地址总线上。

因此，如果禁用了MMU，则由程序员负责，所有地址访问都应为物理地址，否则将是异常或中止系统

Answer 3

是的，当系统在VM上运行时，即使在引导时，指令/程序也仅产生VA，尽管页表仍然不存在，但生成的地址与物理地址不同。

但是处理器需要物理地址才能访问内存。 因此，存在一种从虚拟地址生成物理地址的机制，这称为通过页表完成的地址转换。 是的，无论您在内核模式/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，处理器始终使用物理地址

Answer 4

我的问题是处理器是否总是产生虚拟地址？ 就地址空间（用户/内核），处理器模式（用户/内核）和上下文（进程/系统）而言，处理器何时始终产生物理地址？

x86 CPU使用3种不同的“种类”地址进行操作：

• 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，全局描述符表之类的东西。
• 逻辑 ：这些是禁用分页时大部分时间使用的地址。 通过添加相应的段（物理）基地址，将它们转换为物理地址。
• virtual ：启用分页时大多数指令使用的地址。 使用页面目录和表将它们转换为逻辑地址。

使用哪种地址并不取决于当前的特权级别（CPL；“系统模式”，“用户模式”或介于两者之间）。 它取决于处理器的状态（是否启用分页）和实际指令（例如， lidt ）。 尽管我认为可以安全地假定在“用户模式”下不会进行物理寻址（CPL> 0），因为使用物理地址的指令通常是特权指令。

Answer 5

通常，CPU仅知道“虚拟地址”。 也就是说，当您执行任何汇编编程，任何“ load regs，*（memory ptr） ”或类似操作时，这些地址都是虚拟地址。

下图很好地说明了这一概念：

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

来自CPU的任何地址始终是虚拟的。 但是，如果处理器具有MMU，则MMU将截取地址并将其转换为物理地址（通过页表机制），然后再将其放入内存总线。 因此，如果您嗅探内存总线，则会看到物理地址。

参考文献：

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