11--0外篇之 MMU内存管理单元

　MMU是Memory Management
Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及
提供硬件机制的内存访问授权。



许多年以前，当人们还在使用DOS或是更古老的操作系统的时候，计算机的内存还非常小，一般都是以K为单位进行计算，相应的，当时的程序规模也不大，所以
内存容量虽然小，但还是可以容纳当时的程序。但随着图形界面的兴起还有用户需求的不断增大，应用程序的规模也随之膨胀起来，终于一个难题出现在程序员的面
前，那就是应用程序太大以至于内存容纳不下该程序

，通常解决的办法是把程序分割成许多称为覆盖块（overlay）的片段

。覆盖块0首先运行，结束时他将
调用另一个覆盖块。虽然覆盖块的交换是由OS完成的，但是必须先由程序员把程序先进行分割，这是一个费时费力的工作，而且相当枯燥。人









然覆盖块的交换是由OS完成的，但是必须先由程序员把程序先进行分割，这是一个费时费力的工作，而且相当枯燥





们必须找到更好的办
法从根本上解决这个问题。不久人们找到了一个办法，这就是虚拟存储器(virtual
memory).虚拟存储器的基本思想是程序，数据，堆栈的总的大小可以超过物理存储器的大小

，操作系统把当前使用的部分保留在内存中，而把其他未被使用
的部分保存在磁盘上。比如对一个16MB的程序和一个内存只有4MB的机器，操作系统通过选择，可以决定各个时刻将哪4M的内容保留在内存中，并在需要时
在内存和磁盘间交换程序片段，这样就可以把这个16M的程序运行在一个只具有4M内存机器上了。而这个16M的程序在运行前不必由程序员进行分割。





当前使用的部分保留在内存中，其他未使用的部分保持在磁盘中。

并在不要时 在内存和磁盘见交换程序片段。



MMU的相关概念：地址范围 虚拟地址映射 分页机制

1：

任何时候，计算机都存在一个程序能够产生的地址集合，我们称之为 地址范围。有cpu的位数决定。

ARM 的地址范围 0-0xffffffff 4 g 我们将这称之为 虚拟地址空间。

该空间的某个地址

称之为虚拟地址。

相对应的 物理地址空间 <--物理地址。

列：



对于一台256M的32bit x86机子，他的虚拟地址空间为0-4g 而 物理地址空间 的范围0-0x0fffffff（256M）



2；没有虚拟存储器的机子 虚拟地址直接被送到内存总线

上，使具有相同地址的物理存储器被读写。









2 有虚拟管理器的情况下，虚拟地址不是直接送到内存总线上，而是送到存储器管理单元mmu，把虚拟地址映射 到物理地址















大多数使用虚拟存储器的系统都使用一种称为分页（paging）机制。虚拟地址空间划分成称为页（page）的单位,而相应的物理地址空间也被进行划分，
单位是页桢(frame).页和页桢的大小必须相同。

在这个例子中我们有一台可以生成32位地址的机器，它的虚拟地址范围从
0~0xFFFFFFFF（4G）,而这台机器只有256M的物理地址，因此他可以运行4G的程序，但该程序不能一次性调入内存运行。
这台机器必须有一个
达到可以存放4G程序的外部存储器（例如磁盘或是FLASH
）（硬盘
）,以保证程序片段在需要时可以被调用。在这个例子中，页的大小为4K,页桢大小与页相同——
这点是必须保证
的，因为内存和外围存储器之间的传输总是以页为单位的。对应4G的虚拟地址和256M的物理存储器，他们分别包含了1M个页和64K个页
桢。



内存和外围存储器之间的传输 总是 以页 为 单位的。