804857c:
pushl %ebp 804857d:
movl %esp, %ebp 804857f:
call 8048568
leave 8048585:
ret 8048586:
nop 8048587:
nop
其中，像08048568這樣的地址，就是我們常說(shuō)的虛地址（這個(gè)地址實(shí)實(shí)在在的存在，只不過(guò)因為物理地址的存在，顯得它是“虛”的罷了）�！ �
虛擬內存、內核空間和用戶(hù)空間
Linux虛擬內存的大小為2^32（在32位的x86機器上），內核將這4G字節的空間分為兩部分。最高的1G字節（從虛地址0xC0000000到0xFFFFFFFF）供內核使用，稱(chēng)為“內核空間”。而較低的3G字節（從虛地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各個(gè)進(jìn)程使用，稱(chēng)為“用戶(hù)空間”。因為每個(gè)進(jìn)程可以通過(guò)系統調用進(jìn)入內核，因此，Linux內核空間由系統內的所有進(jìn)程共享。于是，從具體進(jìn)程的角度來(lái)看，每個(gè)進(jìn)程可以擁有4G字節的虛擬地址空間(也叫虛擬內存)�！ ∶總�(gè)進(jìn)程有各自的私有用戶(hù)空間（0～3G），這個(gè)空間對系統中的其他進(jìn)程是不可見(jiàn)的。最高的1GB內核空間則為所有進(jìn)程以及內核所共享。另外，進(jìn)程的“用戶(hù)空間”也叫“地址空間”，在后面的敘述中，我們對這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)不再區分�！ �
用戶(hù)空間不是進(jìn)程共享的，而是進(jìn)程隔離的。每個(gè)進(jìn)程最大都可以有3GB的用戶(hù)空間。一個(gè)進(jìn)程對其中一個(gè)地址的訪(fǎng)問(wèn)，與其它進(jìn)程對于同一地址的訪(fǎng)問(wèn)絕不沖突。比如，一個(gè)進(jìn)程從其用戶(hù)空間的地址0x1234ABCD處可以讀出整數8，而另外一個(gè)進(jìn)程從其用戶(hù)空間的地址0x1234ABCD處可以讀出整數20，這取決于進(jìn)程自身的邏輯�！ �
任意一個(gè)時(shí)刻，在一個(gè)CPU上只有一個(gè)進(jìn)程在運行。所以對于此CPU來(lái)講，在這一時(shí)刻，整個(gè)系統只存在一個(gè)4GB的虛擬地址空間，這個(gè)虛擬地址空間是面向此進(jìn)程的。當進(jìn)程發(fā)生切換的時(shí)候，虛擬地址空間也隨著(zhù)切換。由此可以看出，每個(gè)進(jìn)程都有自己的虛擬地址空間，只有此進(jìn)程運行的時(shí)候，其虛擬地址空間才被運行它的CPU所知。在其它時(shí)刻，其虛擬地址空間對于CPU來(lái)說(shuō)，是不可知的。所以盡管每個(gè)進(jìn)程都可以有4 GB的虛擬地址空間，但在CPU眼中，只有一個(gè)虛擬地址空間存在。虛擬地址空間的變化，隨著(zhù)進(jìn)程切換而變化�！ �
從上面我們知道，一個(gè)程序編譯連接后形成的地址空間是一個(gè)虛擬地址空間，但是程序最終還是要運行在物理內存中。因此，應用程序所給出的任何虛地址最終必須被轉化為物理地址，所以，虛擬地址空間必須被映射到物理內存空間中，這個(gè)映射關(guān)系需要通過(guò)硬件體系結構所規定的數據結構來(lái)建立。這就是我們所說(shuō)的段描述符表和頁(yè)表，Linux主要通過(guò)頁(yè)表來(lái)進(jìn)行映射�！ �
于是，我們得出一個(gè)結論，如果給出的頁(yè)表不同，那么CPU將某一虛擬地址空間中的地址轉化成的物理地址就會(huì )不同。所以我們?yōu)槊恳粋�(gè)進(jìn)程都建立其頁(yè)表，將每個(gè)進(jìn)程的虛擬地址空間根據自己的需要映射到物理地址空間上。既然某一時(shí)刻在某一CPU上只能有一個(gè)進(jìn)程在運行，那么當進(jìn)程發(fā)生切換的時(shí)候，將頁(yè)表也更換為相應進(jìn)程的頁(yè)表，這就可以實(shí)現每個(gè)進(jìn)程都有自己的虛擬地址空間而互不影響。所以，在任意時(shí)刻，對于一個(gè)CPU來(lái)說(shuō)，只需要有當前進(jìn)程的頁(yè)表，就可以實(shí)現其虛擬地址到物理地址的轉化�！ �
.內核空間到物理內存的映射
內核空間對所有的進(jìn)程都是共享的，其中存放的是內核代碼和數據，而進(jìn)程的用戶(hù)空間中存放的是用戶(hù)程序的代碼和數據，不管是內核程序還是用戶(hù)程序，它們被編譯和連接以后，所形成的指令和符號地址都是虛地址（參見(jiàn)2.5節中的例子），而不是物理內存中的物理地址�！ �
雖然內核空間占據了每個(gè)虛擬空間中的最高1GB字節，但映射到物理內存卻總是從最低地址（0x00000000）開(kāi)始的，如圖4.2所示，之所以這么規定，是為了在內核空間與物理內存之間建立簡(jiǎn)單的線(xiàn)性映射關(guān)系。其中，3GB（0xC0000000）就是物理地址與虛擬地址之間的位移量，在Linux代碼中就叫做PAGE_OFFSET�！ �
我們來(lái)看一下在include/asm/i386/page.h頭文件中對內核空間中地址映射的說(shuō)明及定義：
#define __PAGE_OFFSET
(0xC0000000) ……
#define PAGE_OFFSET
((unsigned long)__PAGE_OFFSET)
#define __pa(x)
((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
#define __va(x)
((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
對于內核空間而言，給定一個(gè)虛地址x，其物理地址為“x- PAGE_OFFSET”，給定一個(gè)物理地址x，其虛地址為“x+ PAGE_OFFSET”�！ �
這里再次說(shuō)明，宏__pa()僅僅把一個(gè)內核空間的虛地址映射到物理地址，而決不適用于用戶(hù)空間，用戶(hù)空間的地址映射要復雜得多，它通過(guò)分頁(yè)機制完成。
