今天我們來(lái)看看嵌入式中的內(nèi)存管理單元（MMU），它是現(xiàn)代處理器對(duì)內(nèi)存進(jìn)行高效管理的功能單元，操作系統(tǒng)利用內(nèi)存管理單元能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬內(nèi)存和內(nèi)存保護(hù)。我們先來(lái)看個(gè)有意思的問(wèn)題，下面的程序運(yùn)行兩次后的輸出是否完全相同？為什么呢？

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        我們先來(lái)分析下。理論上，不同進(jìn)程在內(nèi)存中的不同位置執(zhí)行；因此，全局變量的地址是不同的。關(guān)系如下

        我們來(lái)看看結(jié)果

        我們看到兩次運(yùn)行的結(jié)果的地址是相同的，也就是說(shuō)我們之前的分析是錯(cuò)誤的。我們?cè)陂_(kāi)發(fā)中經(jīng)常被遺忘的事實(shí)：1、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)時(shí)，面對(duì)的內(nèi)存為虛擬內(nèi)存；2、虛擬內(nèi)存模式下使用的內(nèi)存地址為虛擬地址；3、每一個(gè)進(jìn)程擁有獨(dú)立私有的虛擬地址空間。換句話說(shuō)，虛擬內(nèi)存是與實(shí)際物理內(nèi)存無(wú)關(guān)的，它是一個(gè)假想的足夠大的內(nèi)存。那么我們來(lái)思考下，內(nèi)存需求總量為 1G 的應(yīng)用程序是否能夠運(yùn)行于硬件內(nèi)存為 256M 的計(jì)算機(jī)呢？在現(xiàn)代肯定是支持的，通過(guò)虛擬內(nèi)存來(lái)支持。虛擬內(nèi)存的意義是能夠支持多個(gè)大的內(nèi)存需求量的進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行于較小的物理內(nèi)存中，如下

        舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)。我們?cè)谏闲W(xué)時(shí)，老師都是將講義和書上的內(nèi)容搬到黑板上進(jìn)行講解。剛開(kāi)始的時(shí)候黑板上啥都沒(méi)有，空間很大，老師可以隨意的寫內(nèi)容。但是隨著時(shí)間的推移，在后半節(jié)的時(shí)候，這時(shí)黑板已經(jīng)寫滿了內(nèi)容。老師想要繼續(xù)寫，就得擦掉一些已經(jīng)寫過(guò)的內(nèi)容了以便寫新的內(nèi)容。我們來(lái)看看虛擬內(nèi)存的機(jī)制：a> 虛擬內(nèi)存需要重新映射到物理內(nèi)存；b> 虛擬地址映射到物理內(nèi)存中的實(shí)地址；c> 每次只有進(jìn)程的少量代碼在物理內(nèi)存中運(yùn)行；d> 大部分進(jìn)程代碼位于存儲(chǔ)器中。在虛擬內(nèi)存管理中，它是以頁(yè)式內(nèi)存管理的。頁(yè)式內(nèi)存單位，指一定數(shù)量的內(nèi)存（如 4K）；虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存以頁(yè)為單位管理；進(jìn)程的活動(dòng)頁(yè)被載入內(nèi)存時(shí)，記錄地址的映射關(guān)系。關(guān)系如下

        頁(yè)式內(nèi)存管理法將內(nèi)存分為兩個(gè)部分：（p，d）。p 指的是地址高位，頁(yè)面號(hào)；d 指的是地址低位，頁(yè)內(nèi)偏移量。如下

        我們是通過(guò)頁(yè)映射表來(lái)進(jìn)行物理地址和虛擬地址映射的。具體如下

        它是進(jìn)行 MMU 時(shí)，先是進(jìn)行查找，根據(jù)查找到的對(duì)應(yīng)關(guān)系然后進(jìn)行對(duì)應(yīng)的映射到虛擬內(nèi)存的顯示。那如果沒(méi)有找到對(duì)應(yīng)的關(guān)系呢？我們來(lái)看看具體的過(guò)程，如下

        如果沒(méi)找到的話，便從物理內(nèi)存中換出閑置的頁(yè)面，再更新頁(yè)映射表進(jìn)而插入物理內(nèi)存中。最后再進(jìn)行地址的映射到物理內(nèi)存中進(jìn)行顯示。那么我們來(lái)思考下，這幾種方式為何能提高電腦性能？1、更換主頻更高的處理器（同系列）；2、增加物理內(nèi)存大??；3、更換 SSD 固態(tài)硬盤。第一種的話換一個(gè)更高的處理器，也就意味著處理速度更快了，因此電腦性能就提升了。第二中的話，物理內(nèi)存越大，也就意味著可以不用進(jìn)行頁(yè)面的替換，這樣效率自然就提升了。第三種的話，更換 SSD 固態(tài)硬盤，在內(nèi)存的處理速度就更快了，因而效率就越高了。

網(wǎng)頁(yè)題目：處理器之MMU（三）
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