mmu

什么是内存分页？ 我们知道，CPU是通过寻址来访问内存的。32位CPU的寻址宽度是 0~0xFFFFFFFF ，16^8 计算后得到的大小是4G，也就是说可支持的物理内存最大是4G。 但在实践过程中，碰到了这样的问题，程序需要使用4G内存，而可用物理内存小于4G，导致程序不得不降低内存占用。 为了解决此类问题，现代CPU引入了 MMU（Memory Management Unit 内存管理单元）。 MMU 的核心思想是利用虚拟地址替代物理地址，即CPU寻址时使用虚址，由 MMU 负责将虚址映射为物理地址。 MMU的引入，解决了对物理内存的限制，对程序来说，就像自己在使用4G内存一样。 内存分页(Paging)是在使用MMU的基础上，提出的一种内存管理机制。它将虚拟地址和物理地址按固定大小（4K）分割成页(page)和页帧(page frame)，并保证页与页帧的大小相同。 这种机制，从数据结构上，保证了访问内存的高效，并使OS能支持非连续性的内存分配。 在程序内存不够用时，还可以将不常用的物理内存页转移到其他存储设备上，比如磁盘，这就是大家耳熟能详的虚拟内存。 在上文中提到，虚拟地址与物理地址需要通过映射，才能使CPU正常工作。 而映射就需要存储映射表。在现代CPU架构中，映射关系通常被存储在物理内存上一个被称之为页表(page table)的地方。 如下图： 从这张图中

虚拟内存 尽管基址寄存器和变址寄存器用来创建地址空间的抽象，但是这有一个其他的问题需要解决： 管理软件的膨胀(managing bloatware) 。虽然内存的大小增长迅速，但是软件的大小增长的要比内存还要快。在 1980 年的时候，许多大学用一台 4 MB 的 VAX 计算机运行分时操作系统，供十几个用户同时运行。现在微软公司推荐的 64 位 Windows 8 系统至少需要 2 GB 内存，而许多多媒体的潮流则进一步推动了对内存的需求。 这一发展的结果是，需要运行的程序往往大到内存无法容纳，而且必然需要系统能够支持多个程序同时运行，即使内存可以满足其中单独一个程序的需求，但是从总体上来看内存仍然满足不了日益增长的软件的需求（感觉和xxx和xxx 的矛盾很相似）。而交换技术并不是一个很有效的方案，在一些中小应用程序尚可使用交换，如果应用程序过大，难道还要每次交换几 GB 的内存？这显然是不合适的，一个典型的 SATA 磁盘的峰值传输速度高达几百兆/秒，这意味着需要好几秒才能换出或者换入一个 1 GB 的程序。 SATA（Serial ATA）硬盘，又称串口硬盘，是未来 PC 机硬盘的趋势，已基本取代了传统的 PATA 硬盘。 那么还有没有一种有效的方式来应对呢？有，那就是使用 虚拟内存(virtual memory) ，虚拟内存的基本思想是，每个程序都有自己的地址空间

arm-linux学习-（MMU内存管理单元） 什么是MMU MMU(Memory Management Unit)主要用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责 虚拟地址映射为物理地址 ，以及提供硬件机制的内存访问授权、多任务多进程操作系统。（来自百度百科， 对其几个点不熟悉，因此可以只考虑加粗部分 ） 发展历史 注意：学习一个知识点，很重要的一步是了解其 为什么而存在？它的存在是为了解决什么问题？ 然后，在学习的过程中带着这些问题去理解、去思考。 在许多年以前，还是使用DOS或一些古老的操作系统时，内存很小，同时，应用程序也很小，将程序存储在内存中基本能够满足需要。随着科技的发展，图形界面及一些其他更复杂的应用出现，内存已经无法存储这些应用程序了，通常的解决办法是将程序分割成很多个 覆盖块 ，覆盖块0最先运行，运行结束之后，就调用另一个覆盖块，虽然这些操作由OS来完成，但是，需要程序员对程序进行分割，这非常不高效；因此，人们想出了一个 虚拟存储器（virtual memory） 的方法。虚拟存储器的基本思想是：程序、数据、堆栈的总大小可以超过内存空间的大小，操作系统将当前运行的部分保存在内存中，未使用的部分保存在磁盘中。比如一个16MB的程序和一个内存只有4MB的机器，操作系统通过选择可以决定哪部分4MB的程序内容保存在内存中，并在需要时，在内存与磁盘中交换程序代码

1、ARM处理器解析 　　ARM9、ARM11是哈佛结构，5级流水线结构，所以性能要高一点。ARM9和ARM11大多带内存管理器，跑操作系统好一点，ARM7适合裸奔。我们惯称的 ARM9系列中又存在ARM9与ARM9E两个系列，其中ARM9 属于ARM v4T架构，典型处理器如ARM9TDMI和ARM922T;而ARM9E属于ARM v5TE架构，典型处理器如ARM926EJ和ARM946E。因为后者的芯片数量和应用更为广泛，所以我们提到ARM9的时候更多地是特指ARM9E系列处理器(主要就是ARM926EJ和ARM946E这两款处理器)。下面关于ARM9的介绍也是更多地集中于ARM9E。 2、流水线差异 　　对嵌入式系统设计者来说，硬件通常是第一考虑的因素。针对处理器来说，流水线则是硬件差别的最明显标志，不同的流水线设计会产生一系列硬件差异。让我们来比较一下ARM7和ARM9E的流水线，ARM9E从ARM7的3级流水线增加到了5级，ARM9E的流水线中容纳了更多的逻辑操作，但是每一级的逻辑操作却变得更为简单。比如原来 ARM7的第三级流水，需要先内部读取寄存器、然后进行相关的逻辑和算术运算，接着处理结果回写，完成的动作非常复杂;而在ARM9E的5级流水中，寄存器读取、逻辑运算、结果回写分散在不同的流水当中，使得每一级流水处理的动作非常简洁。这就使得处理器的主频可以大幅度地提高

粗略看了一下armv8的虚拟内存的文档。记录一下，细节留待以后用到时再去细究。 程序在运行的时候使用的内存一般是虚拟内存，需要经过转换才能接触到物理内存。其中的底层支持就是硬件架构，现代架构都是支持硬件虚拟内存转换的，一般就是说提供MMU。armv8架构作为现代架构也不例外，但是不太一样的是armv8架构支持两级转换：stage 1 和stage 2. 上图包含了安全世界和非安全世界的东西，由于安全世界的东西过于复杂（主要是我也不懂），下面我们就忽略掉安全世界的东西。从上图的第四条：VA->IPA->PA.很明显，VA到PA可以最多经过两次转换，当然每个stage都是可以取消的，比如只有stage1 或只有stage2. 为什么需要两级转换呢？这是为支持虚拟化而设置的，对于虚拟机内的程序一般需要经过两级转换才能访问到主机的物理地址。所以一般地可以认为，对于主机上跑的应用程序只需要一级转换，而在虚拟机中的程序要经过两级转换。那怎样控制这些内存转换机制呢？ 控制虚拟内存转换的接口就是一系列寄存器，主要有：SCTLR_EL1，TCR_EL1, TCR_EL2, HCR_EL2，TTBR0_EL1, TTBR1_EL1, VTTBR_EL2。下面分别介绍一下。 SCTLR_EL1：顶级系统控制寄存器,其中Mbit控制MMU 对EL0和EL1的stage 1的使能，一旦置位1

1、MPU （Memory Protection Unit）； 2、MMU（Memory Management Unit）。 MMU是比MPU提供了功能更强大的内存保护机制，MPU只提供了内存区域保护，而MMU是在此基础上提供了虚拟地址映射技术，而且在操作上，MMU要比MPU负责。 3、SMMU本质上就是一个MMU设备，它的内存转换逻辑与CPU的MMU采用相同的逻辑，都允许将物理上非连续的页虚拟为连续的内存页。SMMU和IOMMU可以交替使用。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MPU 保护域（ProtectionRegions） ARM处理器中的MPU使用“域（regions）”来对内存单元进行管理。域是与存储空间相关联的属性，处理器核将这些数据保存在协处理器CP15的一些寄存器中。 通常域的个数为8个，编号为从0～7。 域的大小和起始地址保存在CP15的寄存器c6中。大小可以是4KB～4GB的任何2的乘幂。 域的起始地址必须是其大小的倍数。比如，一个定义为4KB的域其起始地址可以是0x12345000

1、MMU（内存管理单元）：a、虚拟地址到物理地址的映射 b、存储器访问权限 c、控制Cache； 2、MMU访问： 　　（1）MMU 先查找TLB（Translation Lookaside Buffers）中的虚拟地址表； 　　 (2) 如果TLB 中没有虚拟地址的入口，硬件从主存储器中的转换表中获取转换和访问权 限； 　　 　　　　 　　（3）内核启动： 　　　　1、printk函数； 　　　　2、重新初始化页表； 　　　　3、初始化中断，trap_init； 　　　　4、设置系统定时器、控制台…； 　　　　5、创建内核进程init。 来源： https://www.cnblogs.com/cdy0626/p/12173657.html