今天我們來看看嵌入式中的內(nèi)存管理單元（MMU），它是現(xiàn)代處理器對內(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)。我們先來看個有意思的問題，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，也就是說我們之前的分析是錯誤的。我們在開發(fā)中經(jīng)常被遺忘的事實(shí)：1、應(yīng)用程序開發(fā)時，面對的內(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、每一個進(jìn)程擁有獨(dú)立私有的虛擬地址空間。換句話說，虛擬內(nèi)存是與實(shí)際物理內(nèi)存無關(guān)的，它是一個假想的足夠大的內(nèi)存。那么我們來思考下，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，通過虛擬內(nèi)存來支持。虛擬內(nèi)存的意義是能夠支持多個大的內(nèi)存需求量的進(jìn)程同時運(yùn)行于較小的物理內(nèi)存中，如下

        舉個例子來說。我們在上小學(xué)時，老師都是將講義和書上的內(nèi)容搬到黑板上進(jìn)行講解。剛開始的時候黑板上啥都沒有，空間很大，老師可以隨意的寫內(nèi)容。但是隨著時間的推移，在后半節(jié)的時候，這時黑板已經(jīng)寫滿了內(nèi)容。老師想要繼續(xù)寫，就得擦掉一些已經(jīng)寫過的內(nèi)容了以便寫新的內(nèi)容。我們來看看虛擬內(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)程代碼位于存儲器中。在虛擬內(nèi)存管理中，它是以頁式內(nèi)存管理的。頁式內(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)存以頁為單位管理；進(jìn)程的活動頁被載入內(nèi)存時，記錄地址的映射關(guān)系。關(guān)系如下

        頁式內(nèi)存管理法將內(nèi)存分為兩個部分：（p，d）。p 指的是地址高位，頁面號；d 指的是地址低位，頁內(nèi)偏移量。如下

        我們是通過頁映射表來進(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，先是進(jìn)行查找，根據(jù)查找到的對應(yīng)關(guān)系然后進(jìn)行對應(yīng)的映射到虛擬內(nèi)存的顯示。那如果沒有找到對應(yīng)的關(guān)系呢？我們來看看具體的過程，如下

        如果沒找到的話，便從物理內(nèi)存中換出閑置的頁面，再更新頁映射表進(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)存大小；3、更換 SSD 固態(tài)硬盤。第一種的話換一個更高的處理器，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)頁題目：處理器之MMU（三）
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