虚拟内存和物理内存

作者：cscratch

转自：http://blog.csdn.net/cscratch/article/details/3030905

在现代的操作系统中，当我们说到内存，往往需要分两部分来讲：物理内存和虚拟内存。从硬件上讲，虚拟空间是CPU内部的寻址空间，位于MMU之前，物理空间是总线上的寻址空间，是经过MMU转换之后的空间。

       从逻辑上来讲，虚拟内存和物理内存之间存在着一对一、多对一的映射关系。一对一的关系很好理解，就是有一块物理内存，就有唯一的一块虚拟内存和它对应。但在CE中，这种情况是不存在的。我们知道，0x80000000—0xBFFFFFFF是对所有可用的内存和外设控制器的静态映射，其中低的一半地址是Cacheable的，高的一半地址是Uncacheable的。所谓静态映射，指这部分映射在系统启动时就已经创建了，和通常的动态创建相对应而言。因此，在CE中，每块内存至少映射了两次。

       静态映射的虚拟内存通常只供内核使用，应用程序和驱动如果也需要访问特定的内存（或者是IO）,则需要重新分配一块虚拟内存，以映射到目标物理内存。这种情况下，常常使用VirtualAlloc和VirtualCopy：

LPVOID VirtualAlloc(

  LPVOID lpAddress,

  SIZE_T dwSize,

  DWORD flAllocationType,

  DWORD flProtect

);

VirtualAlloc用于分配一片虚拟内存，参数lpAddress用于指定虚拟内存的地址。当lpAddress为空时，系统自动分配一个未用的虚拟地址。（有趣的是，在CE5中，如果lpAddress恰好是32MB(0x2000000)的倍数，则系统在以这个地址为基地址的进程中创建一块虚拟内存，一个后门哦：）如果我们只是需要任意一块内存，在flProtect参数中使用MEM_COMMIT来随即分配一片物理内存。反之，我们使用MEM_RESERVE参数，仅分配一块虚拟内存，然后使用VirtualCopy映射到目标物理内存。

BOOL VirtualCopy( 

  LPVOID lpvDest, 

  LPVOID lpvSrc, 

  DWORD cbSize, 

  DWORD fdwProtect 

);

VirtualCopy的源地址参数lpvSrc可以就是需要访问的物理地址，也可以是已经映射到目标物理地址的一个虚拟地址。目标地址参数lpvDest就是使用VirtualAlloc得到的虚拟内存。顾名思义，Copy以后，程序就可以在自己的进程空间里面访问目标内存了。

       除了上述的映射关系，其实还有两种特别的映射。

       一种是一对零，就是分配了虚拟内存，但是没有对应物理内存。在VirtualAlloc中使用MEM_RESERVE或MEM_AUTOCOMMIT都会出现这种情况。前者是为了接下来使用VirtualCopy手动分配，后者则是一种延迟分配的策略，当读写操作发生时会自动分配。

       还有一种是零对一，就是一块物理内存，但是没有虚拟内存对应。那我们怎么访问呢？通常是DMA。比如某个控制器的FIFO寄存器，如果只需要DMA访问，就可以不映射虚拟内存。再比如从摄像头获得的图像，不经过CPU，直接显示在屏幕上，那么DMA的缓冲区也不需要映射虚拟地址。