linux 内核 - 内存管理单元（MMU）与地址翻译（一）

        MMU 不仅负责将虚拟地址转换为物理地址，还能防止未经授权的内存访问。对于一个进程而言，它所需访问的任何页面都必须存在于该进程的某个 VMA 中，因此也必须记录在该进程的页表里（每个进程都有自己的页表）。

        内存是按照固定大小的块来组织的：在虚拟内存中称为“页（page）”，在物理内存中称为“帧（frame）”。在我们的例子中，大小为 4 KB。不过，这个大小在内核中是通过宏 PAGE_SIZE 定义并可访问的。但需要注意，页面大小是由硬件决定的。在一个以 4 KB 为页大小的系统中，字节地址 0 到 4095 属于第 0 页，字节地址 4096 到 8191 属于第 1 页，以此类推。

        引入页表（page table）的概念，是为了管理页面与帧之间的映射关系。页面被分布到页表中，每个页表项（PTE, Page Table Entry）对应着一个页面与一个物理帧之间的映射。随后，每个进程都会被分配一组页表，用来描述它所有的内存区域。

        为了在页面之间进行遍历，每个页面都会被分配一个索引，称为页号（page number）。对于物理帧来说，则称为页帧号（PFN, Page Frame Number）。这样一来，VMA（更准确地说是逻辑地址）就由两部分组成：页号和偏移量（offset）。在 32 位系统中，偏移量由地址中最低的 12 位表示；而在页大小为 8 KB 的系统中，偏移量由最低的 13 位表示。下面的示意图展示了这种将地址拆分为“页号 + 偏移量”的概念：

        

        操作系统或 CPU 是如何知道某个逻辑地址对应哪个物理地址的呢？它们使用页表作为翻译表，每个页表项的索引就是虚拟页号，而该索引对应的值就是 PFN（页帧号）。当需要通过虚拟内存访问物理内存时，操作系统首先会提取偏移量和虚拟页号，然后遍历该进程的页表，将虚拟页号与物理页匹配。一旦找到对应关系，就可以访问该物理页帧中的数据。