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总线地址与物理地址

总线地址，又称位址总线，是计算机系统中CPU与其他设备之间进行通信的重要桥梁。它负责管理CPU或带有DMA能力的设备如何访问内存中的具体位置。简单来说，总线地址决定了硬件能否正确地读取或写入内存中的数据。

在实际应用中，我们经常会遇到内存容量与系统识别的不一致现象。例如，安装了32位操作系统的电脑，内存容量为8GB，但系统只能识别到3.8GB左右，剩余的0.2GB可能用于其他用途。而当我们升级至64位系统时，内存容量同样为8GB，系统却能完全识别。这背后其实与计算机如何处理地址空间有关。

32位系统能够支持的物理地址空间为4GB（2^32 bytes）。虽然实际内存容量可能超过4GB，但系统只能利用这一限制来管理内存。树莓派等小型设备的内存容量虽然只有1GB，但系统能够识别到大部分内存空间，这也与地址空间的管理方式有关。

要了解具体情况，我们可以通过查看/proc/cpuinfo来查看CPU配置参数，以及/proc/meminfo来查看内存使用情况。

物理地址与虚拟地址

物理地址是硬件层面上的实际地址，它直接指向内存中的具体存储位置。例如，内存中的某个位置的物理地址就是它在硬件上唯一的位置。

虚拟地址则完全不同于物理地址。它是操作系统为程序使用的逻辑地址，类似于窗口中的段和偏移量结合起来的地址空间。虚拟地址的重要性在于它允许程序在逻辑上访问更大的内存空间，而实际上由物理地址和MMU（内存管理单元）进行映射。

MMU通过页表机制将虚拟地址映射为物理地址。页表就像一个地址转换表，帮助硬件理解哪个虚拟地址对应哪个物理地址。这一过程对于保证程序能够高效运行至关重要。

页表与地址映射

页表是MMU用来管理虚拟地址与物理地址的映射机制。它将虚拟地址划分为更小的单位——页（Page），每个页对应一个物理页。这种划分方式使得物理地址空间能够与虚拟地址空间相互映射，从而实现内存的高效管理。

通过上述机制，操作系统能够将应用程序的虚拟地址转换为物理地址，从而实现对内存的有效访问。这种转换过程是现代计算机系统运行的核心机制，也是内核编程中最为复杂的部分之一。