architecture - 了解虚拟地址和虚拟地址空间

Question

我读到，“当程序执行类似:MOV REG,1000 的指令时，它会将内存地址 1000 的内容复制到 REG。可以使用索引、基址寄存器、段寄存器和其他方式生成地址。

这些程序产生的地址称为虚拟地址，构成虚拟地址空间。”

谁能解释一下，它是什么(这些程序生成的地址称为虚拟地址)是什么意思？

Answer 1

程序和数据以数字形式存储在存储单元中。每个存储单元都有一个唯一的编号，称为地址。代表有效地址的数字范围称为地址空间。

当程序运行时，CPU 从内存中读取数据并将结果写回内存。 CPU 通过指定读取或写入操作所针对的存储器单元的地址，将所需位置传送到存储器。

CPU 可以通过多种方式提供地址(请记住，地址只是一个数字)。代表地址的数字可以在一个寄存器中，可以存储在另一个内存位置，可以通过向寄存器添加或减去偏移量来计算，等等。在所有情况下，您编译的程序都会指示 CPU 如何提出(或生成)它需要读取或写入的地址。

现代体系结构允许多个程序执行，就好像它们拥有整个逻辑地址空间一样。换句话说，多个程序可以写入相同地址的内存位置，而无需跨越彼此的结果。这是通过虚拟化地址空间来完成的:假设程序 A 和 B 在 0x1000 处生成对内存位置的写入。 CPU 在操作系统的帮助下，可以对地址进行额外的调整，并将其映射到程序 A 的物理地址 0x60001000 和程序 B 的 0x5F001000。两个程序都认为它们写入了 0x1000 的位置，因为它们运行在虚拟地址空间中。他们的内存模型是一个从 0 开始一直到 0x000100000000 的连续块(​​假设您的系统有 4GiB 的内存可供进程使用)。但这种模型之所以有效，只是因为CPU 额外将它们的逻辑地址转换为物理地址，在程序运行过程中根据需要分配和取出物理地址。

由于表示地址的相同数字对程序和CPU 的意义不同，因此程序的地址空间称为虚拟地址空间，CPU 的地址空间称为物理地址空间。