? ?先來(lái)回顧一段小代碼：

#include <iostream> using namespace std; int main() {char *s = "Hello World!";printf("%s\n",s);s[0] = 'B';printf("%s\n",s);return 0; }

用G++編譯 ： g++ test1.cpp

之后顯示：

對(duì)的，沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，編譯器的英文是說(shuō)，這是一個(gè)過(guò)時(shí)的寫(xiě)法。

不管他，我們來(lái)運(yùn)行一下，畢竟只是警告！

看見(jiàn)結(jié)果了吧，Bus erro: 10. 說(shuō)明后面一個(gè)printf出現(xiàn)了異常。下面是查找到的Bus Error錯(cuò)誤解釋：

在《C專(zhuān)家編程》中提到了總線錯(cuò)誤bus error(core dumped)。

總線錯(cuò)誤幾乎都是由于未對(duì)齊的讀或?qū)懸鸬摹?/p>

它之所以稱(chēng)為總線錯(cuò)誤，是因?yàn)槌霈F(xiàn)未對(duì)齊的內(nèi)存訪問(wèn)請(qǐng)求時(shí)，被堵塞的組件就是地址總線。對(duì)齊的意思就是數(shù)據(jù)項(xiàng)只能存儲(chǔ)在地址是數(shù)據(jù)項(xiàng)大小的整倍數(shù)的內(nèi)存位置上。

現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)架構(gòu)中，尤其是RISC架構(gòu)，都需要字對(duì)齊，因?yàn)榕c任意的對(duì)齊有關(guān)的額外邏輯都會(huì)使內(nèi)存系統(tǒng)更大且更慢。

通過(guò)迫使每個(gè)內(nèi)存訪問(wèn)局限在一個(gè)cache行或者一個(gè)單獨(dú)的頁(yè)面內(nèi)，可以極大地簡(jiǎn)化（并加速）如cache控制器和內(nèi)存管理單元這樣的硬件。

頁(yè)和cache的大小都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的，這樣只要遵守對(duì)齊規(guī)則就可以保證一個(gè)原子數(shù)據(jù)項(xiàng)不會(huì)跨過(guò)一個(gè)頁(yè)或cache塊的邊界。

本地變量放在堆棧里，new出來(lái)的變量放在堆里面，全局變量放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)里面，而全局變量里的常量是放在代碼段里的，且會(huì)被默認(rèn)為const，放在代碼段內(nèi)，而代碼段是不寫(xiě)的。

好了下面為了更便于理解，先簡(jiǎn)單介紹下MMU（Memory Manage Unit）,內(nèi)存管理單元。MMU有一個(gè)內(nèi)存保護(hù)作用，其中代碼段是不可寫(xiě)的，要是寫(xiě)了，內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)check，所以產(chǎn)生了Bus Error。

但是為什么沒(méi)有報(bào)錯(cuò)呢，因?yàn)槲覀凃_過(guò)了編譯器。編譯到s[0] = 'B'時(shí)，它不知道s是否為const。

正確的作法可在前面加一個(gè)const 。

那么考慮另外一段程序。

#include <iostream> using namespace std; int main() {char s[] = "Hello World!";printf("%s\n",s);s[0] = 'B';printf("%s\n",s);return 0; }

用G++編譯，沒(méi)有報(bào)錯(cuò)。OK，運(yùn)行：

為什么這里沒(méi)有錯(cuò)誤呢？

通常我們認(rèn)為s[]是一個(gè)數(shù)組，數(shù)組是位于堆棧內(nèi)的。堆棧里有很大一塊空間，用來(lái)放Hello world!，這里的賦值號(hào)“=”是拷貝的意思 。這個(gè)s[0]的賦值是可以的。好了 ，如果你還沒(méi)弄懂，繼續(xù)看下面一段代碼。

#include <iostream> using namespace std; int main() {const char *s1 = "Hello World!";//默認(rèn)為const，在代碼段內(nèi)，不可寫(xiě)。計(jì)算機(jī)里面有一個(gè)MMU，內(nèi)存管理單元。char s2[] = "Hello World!";printf("s1's address is %p\n",s1);printf("s2's address is %p\n",s2);printf("main's address is %p\n",main);//MMU，負(fù)責(zé)內(nèi)存保護(hù)，//cout<<s<<endl; // s[0] = 'B'; // cout<<s<<endl;return 0; }

用32位編譯：g++ test.cpp -m32后 顯示如下：

? ?

OK我們發(fā)現(xiàn) s1,main的位于低地址區(qū)域，而s2位于高地址區(qū)域。s1,main在全局區(qū),而s2位于堆棧內(nèi)。

PS：教大家一個(gè)口訣，const在*前，則修飾的是對(duì)象，const在*后，則修飾的是指針。

接下來(lái)深入理解內(nèi)存管理單元MMU（以下內(nèi)容整理自某博客）:

MMU的主要作用就是把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址。一個(gè)32位的CPU，它的地址范圍是0~0xFFFFFFFF (4G)而對(duì)于一個(gè)64位的CPU，它的地址范圍為0~0xFFFFFFFFFFFFFFFF (64T),這個(gè)范圍就是我們的程序能夠產(chǎn)生的地址范圍，我們把這個(gè)地址范圍稱(chēng)為虛擬地址空間，該空間中的某一個(gè)地址我們稱(chēng)之為虛擬地址。與虛擬地址空間和虛擬地址相對(duì)應(yīng)的則是物理地址空間和物理地址，大多數(shù)時(shí)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(gè)子集，這里舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子直觀地說(shuō)明這兩者，對(duì)于一臺(tái)內(nèi)存為256MB的32bit x86主機(jī)來(lái)說(shuō)，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）。在沒(méi)有使用虛擬存儲(chǔ)器的機(jī)器上，虛擬地址被直接送到內(nèi)存總線上，使具有相同地址的物理存儲(chǔ)器被讀寫(xiě)。而在使用了虛擬存儲(chǔ)器的情況下，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。

大多數(shù)使用虛擬存儲(chǔ)器的系統(tǒng)都使用一種稱(chēng)為分頁(yè)（paging）。虛擬地址空間劃分成稱(chēng)為頁(yè)（page）的單位，而相應(yīng)的物理地址空間也被進(jìn)行劃分，單位是頁(yè)框().頁(yè)和頁(yè)框的大小必須相同。接下來(lái)配合圖片我以一個(gè)例子說(shuō)明頁(yè)與頁(yè)框之間在MMU的調(diào)度下是如何進(jìn)行映射的：

在這個(gè)例子中我們有一臺(tái)可以生成16位地址的機(jī)器，它的虛擬地址范圍從0x0000~0xFFFF(64K),而這臺(tái)機(jī)器只有32K的物理地址，因此他可以運(yùn)行64K的程序，但該程序不能一次性調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行。這臺(tái)機(jī)器必須有一個(gè)達(dá)到可以存放64K程序的外部存儲(chǔ)器（例如磁盤(pán)或是FLASH）以保證程序片段在需要時(shí)可以被調(diào)用。在這個(gè)例子中，頁(yè)的大小為4K，頁(yè)框大小與頁(yè)相同（這點(diǎn)是必須保證的，內(nèi)存和外圍存儲(chǔ)器之間的傳輸總是以頁(yè)為單位的），對(duì)應(yīng)64K的虛擬地址和32K的物理存儲(chǔ)器，他們分別包含了16個(gè)頁(yè)和8個(gè)頁(yè)框。

? ? ?我們先根據(jù)上圖解釋一下分頁(yè)后要用到的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)，在上面我們已經(jīng)接觸了頁(yè)和頁(yè)框，上圖中綠色部分是物理空間，其中每一格表示一個(gè)物理頁(yè)框。橘×××部分是虛擬空間，每一格表示一個(gè)頁(yè)，它由兩部分組成，分別是 Index(頁(yè)框索引)和位p（present 存在位）， Index的意義很明顯，它指出本頁(yè)是往哪個(gè)物理頁(yè)框進(jìn)行映射的，位p的意義則是指出本頁(yè)的映射是否有效，如上圖，當(dāng)某個(gè)頁(yè)并沒(méi)有被映射時(shí)（或稱(chēng)映射無(wú)效， Index部分為X），該位為0，映射有效則該位為1。

? ?我們執(zhí)行下面這些指令（本例子的指令不針對(duì)任何特定機(jī)型，都是偽指令）
例1:
? ?MOVE REG,0 //將0號(hào)地址的值傳遞進(jìn)寄存器REG.
? ?虛擬地址0將被送往MMU,MMU看到該虛地址落在頁(yè)0范圍內(nèi)（頁(yè)0范圍是0到4095），從上圖我們看到頁(yè)0所對(duì)應(yīng)（映射）的頁(yè)框?yàn)?（頁(yè)框2的地址范圍是8192到12287），因此MMU將該虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址8192，并把地址8192送到地址總線上。內(nèi)存對(duì)MMU的映射一無(wú)所知，它只看到一個(gè)對(duì)地址8192的讀請(qǐng)求并執(zhí)行它。MMU從而把0到4096的虛擬地址映射到8192到12287的物理地址。

例2：
? ?MOVE REG,8192
? ?被轉(zhuǎn)換為
? ?MOVE REG,24576
? ?因?yàn)樘摂M地址8192在頁(yè)2中，而頁(yè)2被映射到頁(yè)框6（物理地址從24576到28671）

例3：
? ?MOVE REG,20500
? ?被轉(zhuǎn)換為
? ?MOVE REG,12308
? ?虛擬地址20500在虛頁(yè)5（虛擬地址范圍是20480到24575）距開(kāi)頭20個(gè)字節(jié)處，虛頁(yè)5映射到頁(yè)框3（頁(yè)框3的地址范圍是 12288到16383），于是被映射到物理地址12288+20=12308。

? ? ?通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置MMU，可以把16個(gè)虛頁(yè)隱射到8個(gè)頁(yè)框中的任何一個(gè)，但是這個(gè)方法并沒(méi)有有效的解決虛擬地址空間比物理地址空間大的問(wèn)題。從上圖中我們可以看到，我們只有8個(gè)頁(yè)框（物理地址），但我們有16個(gè)頁(yè)（虛擬地址），所以我們只能把16個(gè)頁(yè)中的8個(gè)進(jìn)行有效的映射。我們看看例4會(huì)發(fā)生什么情況

? ? ?MOV REG,32780
? ? ?虛擬地址32780落在頁(yè)8的范圍內(nèi)，從上圖總我們看到頁(yè)8沒(méi)有被有效的進(jìn)行映射（該頁(yè)被打上X），這是又會(huì)發(fā)生什么？MMU注意到這個(gè)頁(yè)沒(méi)有被映射，于是通知CPU發(fā)生一個(gè)缺頁(yè)故障（page fault）.這種情況下操作系統(tǒng)必須處理這個(gè)頁(yè)故障，它必須從8個(gè)物理頁(yè)框中找到1個(gè)當(dāng)前很少被使用的頁(yè)框并把該頁(yè)框的內(nèi)容寫(xiě)入外圍存儲(chǔ)器（這個(gè)動(dòng)作被稱(chēng)為page copy），隨后把需要引用的頁(yè)（例4中是頁(yè)8）映射到剛才釋放的頁(yè)框中（這個(gè)動(dòng)作稱(chēng)為修改映射關(guān)系），然后從新執(zhí)行產(chǎn)生故障的指令（MOV REG,32780）。假設(shè)操作系統(tǒng)決定釋放頁(yè)框1，那么它將把虛頁(yè)8裝入物理地址的4-8K,并做兩處修改：首先把標(biāo)記虛頁(yè)1未被映射（原來(lái)虛頁(yè)1是被影射到頁(yè)框1的），以使以后任何對(duì)虛擬地址4K到8K的訪問(wèn)都引起頁(yè)故障而使操作系統(tǒng)做出適當(dāng)?shù)膭?dòng)作（這個(gè)動(dòng)作正是我們現(xiàn)在在討論的），其次他把虛頁(yè)8對(duì)應(yīng)的頁(yè)框號(hào)由X變?yōu)?，因此重新執(zhí)行MOV REG,32780時(shí)，MMU將把32780映射為4108。

? ? ?我們大致了解了MMU在我們的機(jī)器中扮演了什么角色以及它基本的工作內(nèi)容是什么，下面我們將舉例子說(shuō)明它究竟是如何工作的（注意，本例中的MMU并無(wú)針對(duì)某種特定的機(jī)型，它是所有MMU工作的一個(gè)抽象）。

? ? ?首先明確一點(diǎn)，MMU的主要工作只有一個(gè)，就是把虛擬地址映射到物理地址。
我們已經(jīng)知道，大多數(shù)使用虛擬存儲(chǔ)器的系統(tǒng)都使用一種稱(chēng)為分頁(yè)（paging）的技術(shù)，就象我們剛才所舉的例子，虛擬地址空間被分成大小相同的一組頁(yè)，每個(gè)頁(yè)有一個(gè)用來(lái)標(biāo)示它的頁(yè)號(hào)（這個(gè)頁(yè)號(hào)一般是它在該組中的索引，這點(diǎn)和C/C++中的數(shù)組相似）。在上面的例子中0~4K的頁(yè)號(hào)為0，4~8K的頁(yè)號(hào)為1，8~12K的頁(yè)號(hào)為2，以此類(lèi)推。而虛擬地址（注意：是一個(gè)確定的地址，不是一個(gè)空間）被MMU分為2個(gè)部分，第一部分是頁(yè)號(hào)索引（page Index），第二部分則是相對(duì)該頁(yè)首地址的偏移量（offset）. 。我們還是以剛才那個(gè)16位機(jī)器結(jié)合下圖進(jìn)行一個(gè)實(shí)例說(shuō)明，該實(shí)例中，虛擬地址8196被送進(jìn)MMU,MMU把它映射成物理地址。16位的CPU總共能產(chǎn)生的地址范圍是0~64K,按每頁(yè)4K的大小計(jì)算，該空間必須被分成16個(gè)頁(yè)。而我們的虛擬地址第一部分所能夠表達(dá)的范圍也必須等于16（這樣才能索引到該頁(yè)組中的每一個(gè)頁(yè)）,也就是說(shuō)這個(gè)部分至少需要4個(gè)bit。一個(gè)頁(yè)的大小是4K(4096),也就是說(shuō)偏移部分必須使用12個(gè)bit來(lái)表示(2^12=4096，這樣才能訪問(wèn)到一個(gè)頁(yè)中的所有地址),8196的二進(jìn)制碼如下圖所示：

該地址的頁(yè)號(hào)索引為0010（二進(jìn)制碼），既索引的頁(yè)為頁(yè)2，第二部分為000000000100（二進(jìn)制），偏移量為4。頁(yè)2中的頁(yè)框號(hào)為6（頁(yè)2映射在頁(yè)框6，見(jiàn)上圖），我們看到頁(yè)框6的物理地址是24~28K。于是MMU計(jì)算出虛擬地址8196應(yīng)該被映射成物理地址24580（頁(yè)框首地址+偏移量=24576+4=24580）。同樣的，若我們對(duì)虛擬地址1026進(jìn)行讀取，1026的二進(jìn)制碼為0000010000000010，page index="0000"=0,offset=010000000010=1026。頁(yè)號(hào)為0，該頁(yè)映射的頁(yè)框號(hào)為2，頁(yè)框2的物理地址范圍是8192~12287，故MMU將虛擬地址1026映射為物理地址9218（頁(yè)框首地址+偏移量=8192+1026=9218）。以上就是MMU的工作過(guò)程。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从C++中的const到MMU(存储器管理单元）（MMU部分为网页整理）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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