先來(lái)個(gè)生活比喻：
假如你網(wǎng)購(gòu)商品??：
一、內(nèi)存尋址的挑戰(zhàn)
程序直接操作物理內(nèi)存會(huì)引發(fā)災(zāi)難：
// 危險(xiǎn)操作：直接寫(xiě)物理地址
*(0x0000FFFF) = 100; // 可能覆蓋操作系統(tǒng)代碼！
問(wèn)題?：
多程序可能互相覆蓋內(nèi)存（A程序破壞B程序數(shù)據(jù)）
無(wú)法保證內(nèi)存隔離與安全
程序需知道物理布局才能運(yùn)行（移植性差）
解決方案：
引入地址空間抽象層，讓程序活在"虛擬世界"！
二、邏輯地址：程序眼中的"虛擬世界"
特點(diǎn)：
程序員/編譯器看到的地址（如0x401000）
連續(xù)的地址空間（從0到最大值）
每個(gè)程序獨(dú)占自己的邏輯地址空間
// C語(yǔ)言代碼中的地址都是邏輯地址
int num = 10;
printf("變量地址：%p\n", &num); // 輸出類(lèi)似0x7ffd4a3b2c
邏輯地址空間布局：
三、物理地址：硬件的"真實(shí)坐標(biāo)"
特點(diǎn)：
關(guān)鍵區(qū)別：
邏輯地址是連續(xù)的虛擬序列，物理地址是離散的硬件位置！
四、為什么需要雙重地址？
四大核心需求：
內(nèi)存保護(hù)：防止程序越界訪問(wèn)（如A程序無(wú)法修改B程序數(shù)據(jù)）
內(nèi)存擴(kuò)展：運(yùn)行比物理內(nèi)存更大的程序（虛擬內(nèi)存技術(shù)）
程序重定位：相同程序可加載到任意物理位置
簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)：程序員無(wú)需關(guān)心物理內(nèi)存布局
五、地址轉(zhuǎn)換：MMU的魔法
內(nèi)存管理單元（MMU） 負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換：
轉(zhuǎn)換過(guò)程詳解：
CPU生成邏輯地址（代碼中看到的地址）
MMU通過(guò)頁(yè)表/段表查詢(xún)映射關(guān)系
計(jì)算得到物理地址（硬件實(shí)際位置）
內(nèi)存控制器訪問(wèn)對(duì)應(yīng)物理位置
六、兩種轉(zhuǎn)換機(jī)制對(duì)比
1. 分段機(jī)制（早期方案）
// 段寄存器存儲(chǔ)基址
struct Segment {
uint32_t base; // 段基址
uint32_t limit; // 段長(zhǎng)度
};
// 轉(zhuǎn)換過(guò)程
physical_address = segment.base + logical_address;
缺點(diǎn)：易產(chǎn)生內(nèi)存碎片
2. 分頁(yè)機(jī)制（現(xiàn)代方案）
頁(yè)表示例（4KB頁(yè)）：
七、代碼實(shí)戰(zhàn)：觀察地址轉(zhuǎn)換
C程序查看地址：
#include <stdio.h>
int global; // 全局變量（數(shù)據(jù)段）
int main() {
int stack = 0; // 棧變量
int *heap = malloc(sizeof(int)); // 堆變量
printf("代碼段地址：%p\n", main);
printf("數(shù)據(jù)段地址：%p\n", &global);
printf("堆地址：%p\n", heap);
printf("棧地址：%p\n", &stack);
free(heap);
return 0;
}
/* 輸出示例：
代碼段地址：0x401520
數(shù)據(jù)段地址：0x404000
堆地址：0x1e8b260
棧地址：0x7ffd4a3b2c
*/
Python查看內(nèi)存映射
# Linux查看進(jìn)程內(nèi)存映射
$ pmap -x <pid>
# 輸出示例：
Address RSS Mode Mapping
0000555555554000 4K r-x-- main # 代碼段
0000555555755000 4K rw--- [heap] # 堆
00007ffff7a00000 1800K r---- libc.so.6
00007ffff7dd6000 16K rw--- [stack] # 棧
八、物理地址 vs 邏輯地址 終極對(duì)決
九、總結(jié)
邏輯地址 = 程序的"虛擬門(mén)牌號(hào)"（開(kāi)發(fā)者可見(jiàn)）
物理地址 = 內(nèi)存的"真實(shí)GPS坐標(biāo)"（硬件使用）
MMU = 實(shí)時(shí)地址轉(zhuǎn)換的"魔法翻譯官"
分頁(yè)機(jī)制 = 現(xiàn)代系統(tǒng)的內(nèi)存管理基石
參考文章：原文鏈接?
該文章在 2025/11/3 10:33:49 編輯過(guò)
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