MMU內(nèi)存管理單元的宏觀理解

最近一直在學(xué)習(xí)內(nèi)存管理，也知道MMU是管理內(nèi)存的映射的邏輯IP，還知道里面有個TLB。

今天剛剛好看到了幾篇前輩的文章，很是不錯，于是這里來一起學(xué)習(xí)一下吧。

PART 一：MMU 架構(gòu)篇

MMU（Memory Management Unit，內(nèi)存管理單元）是一種硬件模塊，用于在CPU和內(nèi)存之間實現(xiàn)虛擬內(nèi)存管理。

其主要功能是將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址，同時提供訪問權(quán)限的控制和緩存管理等功能。

放在整個大系統(tǒng)多核架構(gòu)里面，每個處理器內(nèi)置了MMU模塊，MMU模塊包含了TLB和TWU兩個子模塊。

1-宏觀理解

地址空間是一個抽象的概念，由CPU體系架構(gòu)的地址總線決定，一般等同于CPU的尋址范圍、x位處理器中的x。地址空間一般分為 虛擬地址空間 和物理地址空間 。

任何時候，計算機上都存在一個程序能夠訪問的地址集合，我們稱之為地址空間。這個空間的大小由CPU的位數(shù)決定，例如一個32位的CPU，它的地址范圍是0 ~0xFFFFFFFF（4G），而對于一個64位的CPU，它的地址范圍為0 ~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF。

這個空間就是我們的程序能夠產(chǎn)生的地址范圍，我們把這個地址范圍稱為 虛擬地址空間，該空間中的某一個地址我們稱之為虛擬地址。與虛擬地址空間和虛擬地址相對應(yīng)的則是物理地址空間和物理地址，大多數(shù)時候我們的系統(tǒng)所具備的物理地址空間只是虛擬地址空間的一個子集。

舉一個例子，對于一臺內(nèi)存為 256MB的 32bit x86主機來說，它的虛擬地址空間范圍是 0 ~
0xFFFFFFFF（4G），而物理地址空間范圍是 0x000000000 ~ 0x0FFFFFFF（256MB）。

為什么需要這樣的轉(zhuǎn)換呢？其實這個就是現(xiàn)在多進(jìn)程多線程、以及解決內(nèi)存碎片化的途徑。這里就不展開了。

虛擬地址又被簡稱為虛地址，物理地址又被稱為實地址。虛擬地址和物理地址之間的轉(zhuǎn)換，又稱為虛實地址轉(zhuǎn)化。

而這個轉(zhuǎn)換的過程是硬件執(zhí)行的：虛擬地址不是被直接送到內(nèi)存地址總線上，而是送到內(nèi)存管理單元MMU。他由一個或一組芯片組成，一般存在與協(xié)處理器中，其功能是把虛擬地址映射為物理地址。