CPU和內存之間有三根總線，地址，數據，控制總線。CPU和內存之間用地址來查找數據，但是兩者的地址并不總是一樣的，CPU產生的是邏輯地址，而內存的就是物理地址。通常都是不一樣的，所以需要地址映射。

正好是從編程人員的角度看，（不考慮解釋執行）程序總是經過源程序編譯，連接，運行三個階段。在這個過程中，指令和數據就要調到內存。

地址捆綁的三種形式：

編譯時：編譯時就生成了絕對地址。MS-DOS的COM程序就是這樣的。

加載時：編譯時編譯器生成可重定位代碼，在加載時捆綁。

執行時：執行時才能綁定。

上面說的都是內存中的物理地址，對于編譯時和加載時的地址，物理地址和CPU產生的邏輯地址都是一樣的。但是對于運行時的綁定，邏輯地址（又稱虛擬地址）和物理地址是不一樣的。這時候就需要有一個地址映射的問題，這個問題由MMU(內存管理單元)來完成。

這個實現其實就像是分段尋址一樣，有一個重定位寄存器，其實就是基址寄存器，cpu生成的都是邏輯地址，也就是說都是個偏移量，當要把數據放到內存里時，總是要將偏移量加上基址才是真正的物理地址。

用戶處理的也都是邏輯地址，也就是說我們編程時查看的地址都是邏輯地址。

動態加載：

就是說只有當運行時，并且程序調用子程序時，鏈接程序才將子程序調到內存里，否則總是放到磁盤上存儲的。它也是先檢查是否子程序已經被加載，沒有的時候才加載。

動態鏈接：

運行時才進行鏈接。否則程序需要的模塊都將被調入到內存，浪費空間。內存的空間并不是很大，尤其它必須要裝載操作系統內核和用戶進程。當進程分配的空間不夠大時，有兩種策略：覆蓋和交換。

覆蓋：將內存中不再需要的空間覆蓋掉，用來存放需要的數據。

交換：將暫時不用的空間的數據交換出去到輔存，需要時再調回來。

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但是仍然，對內存空間的合理分配是必要的，不同方法：

1)連續分配內存：內存連續

2)分頁技術：不需要連續的內存。

3)分段：用戶思考。

4)連續分配內存：將內存劃分為固定大小的很多分區，規定每個分區存放一個進程的數據。

這是基本思路，它的推廣就是將分區想象成諸多的孔（hole），總是找合適的孔來存放進程。用孔的概念就是來說明它的一定的靈活性，孔是由一些大小不等的孔組成的，但是你看起來還是一個孔，如果進程比較小，就劃出一個小孔，其他的不用，進程大的話就組成一個大孔。如果進程太多就等待，直到可以容納為止。有一點動態分配的意思。所以它是變長分區的，而不用一個固定分區存放一個進程。

但是本質是一樣的，進程分配的內存空間總是連續的。這樣有好處，一個進程總是被固定在一定的范圍之內，這樣有利于進程保護：當進程出錯時，它能影響的也只是自己所在的那一塊內存，而不會導致大量的錯誤。但是這樣會產生碎片。也就是兩個進程之間總有些空間是沒有使用也無法使用的。所以有了分頁的方法：它允許進程的地址可以是非連續的。物理內存中還是分為固定大小的片段，叫做幀，對應的，邏輯內存（也就是cpu產生的邏輯地址的空間）也分為同樣大的片段，叫做頁，再同樣的，輔存中對應的叫做塊。

由于cpu產生的都是邏輯的地址，于是我們完全可以使它是連續的，因為用戶使用的都是邏輯地址，所以我們在查看地址時看到的總是連續的，我們看到的就是邏輯內存。但是在實際的內存中它可以不是這樣的。

想想吧，那么我們編程時查看的連續的內存，以及我們畫的長方形的內存圖，都是邏輯內存，物理內存我們是沒法知道的，因為那是操作系統根據幀表分配的。幀表是什么呢？幀是物理內存中的內存片段，它是對應頁的，所以幀表就是記錄那些被使用的頁。比如用1表示，另外不用的用0表示，當新的進程要求分配內存空間時，操作系統就查看幀表就行了，哪些部分是1，忙著呢，哪些部分是0，好可以用！

這些連續的東西對應到實際的內存的物理空間，如果用連續內存分配的方法，就是一塊地址完全對應。但是用分頁呢，邏輯地址看上去是連續的，但是它映射到物理地址上就可以有一些處理方法了，這里用的就是一張頁表，很簡單的記錄著cpu上邏輯的地址對應著內存中的哪個物理地址。好像很多事我們都是這樣做的。剩下的就是頁的大小的問題了，想想吧，如果頁太大，比如大到完全容納一個進程，那么就和連續內存分配一樣了，但是如果頁太小，小到內存中一個內存單元就是一個片段，是不是也好像沒問題?但是這樣的話頁表就太可怕了，1G的內存需要1G項個地址么？不能也不需要，所以總要設定一個合適的頁大小。

其實這樣的方法也就是一種重定位，邏輯地址是一個偏移量，不同的頁就是不同的基址，然后基址加偏移就是物理地址了。

采用分頁的好處呢？它不會產生外部碎片。但是如果到最后一個頁內，它很可能會產生內部碎片的。另外，頁表也需要額外的開銷。

分段：

我們分析程序時，總是考慮它在內存中是怎樣的。我們知道全局變量和常量是放在一起的。代碼段是放在棧區的，動態分配的數據是放在堆區的。但是這些區真的存在么？即使不存在，我們查看內存時，棧區的地址都是連續的，堆區的地址也都是連續的，好像它就是各個區占一部分連續內存的。

但是你從前面方法中能看得出來么？連續內存分配是將整個進程的數據都一排溜的放在一起，分頁只是分了內存片段，但是對于具體數據它是透明的，它沒有對各種數據，指令還是純數據做不同的處理。

分段的技術允許編譯器定義自己的段，我們說的堆區，棧區就是一種編譯器設定的。也就是這樣，編譯器才能夠識別編程代碼。這樣它的很多功能就可以實現了，比如指令和數據放在不同的地方，數據是屬于用戶的可以修改，指令卻是屬于操作系統的，它可以被定義為只讀，不能被改變。

分段仍然需要邏輯地址和物理地址的映射。只不過它需要的是段表，段表記錄不同的數據位于什么“段”，它當然也是用地址標記的，但就好象是給內存的段取個名字一樣。地址從幾到幾，代碼段，從幾到幾，堆區……是不是已經很好理解了？

其實它和分頁是差不多的，分頁也可以這么理解。只不過分頁是固定大小的。而分段卻是動態分配的，并且它有不同的“使命”；

分段也會有內存碎片。

分段和分頁各有優缺點，段表和頁表都需要額外的開銷。分頁不會產生外部碎片，但是它隔離了邏輯地址和物理地址，并且毫無章法，完全動態。分段會產生外部碎片，但是它從我們的思考考慮，給內存加了別名。現在的思路總是取長補短，兩者合并，分段加分頁。

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關鍵詞：

硬件支持：到底采用什么方法來進行內存管理最大的決定因素是硬件支持。邏輯地址到物理地址的映射都是靠硬件來實現的。無論是連續分配還是段表還是頁表，都是一幫子地址寄存器，基址寄存器記錄內存片段的開始，而另一個寄存器保存長度信息等等，編程中的變長數組（其實就是堆）就是這么做的。

碎片：固定大小分配單元（分頁）會產生內部碎片。而不定長的方法（多分區和分段）會產生外部碎片。

共享：分段和分頁時進程總是分為了多個模塊，如果它們保存的是特定的功能，那么這些模塊可以是共享的。而連續分配總是一段數據都是屬于一個進程。

保護：仍然是分段和分頁的多個模塊，如果它們保存的是特定的功能，可以設置是否只讀，這就是保護。

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本文轉載于“http://blog.csdn.net/csulimao/article/details/9275909”

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CPU和内存之间——地址映射（理解很重要）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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