扁平内存模型和保护内存模型有什么区别？

Question

平面内存模型和保护内存模型的区别是什么？VxWorks支持平面内存模型，Linux也支持平面内存模型吗？

- Ritesh

Answer 1

为了给出一个有意义的答案，让我们首先回顾一些概念。

大多数现代处理器都有一个内存管理单元（MMU），用于多种用途。

其中一个用途是映射虚拟地址（CPU“看到”的地址）和物理地址（芯片实际连接的地址）。这称为地址转换。

另一个用途是为某些虚拟内存位置设置访问属性（例如内存可读写、只读或不可访问）。

通过使用MMU，您可以拥有所谓的"统一映射"，其中处理器的虚拟地址与物理地址相同（即不使用地址转换）。例如，如果处理器访问0x10000，则它正在访问物理位置0x10000。

"平面"内存模型通常指的是CPU访问的任何虚拟地址都是唯一的。因此，对于32位CPU，您最多只能使用4G的地址空间。

它通常（但不一定）用于指虚拟和物理内存之间的统一映射。

相比之下，在工作站世界中，大多数操作系统（Linux / Windows）使用"重叠"内存模型。例如，在Windows中启动的任何程序（进程）都会有一个起始地址为0x10000。

Windows怎么能有10个进程都从地址0x10000运行？

这是因为每个进程都使用MMU将虚拟地址0x10000映射到不同的物理地址。因此，P1可以具有0x10000 = 0x10000，而P2具有0x10000 = 0x40000等。

在RAM中，程序位于不同的物理地址，但CPU虚拟地址空间对于每个进程看起来都是相同的。

据我所知，Windows和标准Linux始终使用重叠模型（即它们没有平面模型）。uLinux或其他特殊内核可能具有平面模型。

现在，保护与扁平模型和受保护模型无关。我认为大多数重叠模型的操作系统都会使用保护机制，以便一个进程不会影响（即写入）另一个进程的内存。

随着VxWorks 6.x和实时进程的引入，即使使用扁平内存模型，通过使用保护，单个RTP也能相互保护（以及内核应用程序）。

如果您不使用RTP并在vxWorks内核中运行所有内容，则不使用保护。

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那么，保护如何工作（无论是在VxWorks RTP还是其他OSes进程中）？ 基本上，RTP / Process存在于包含代码、数据、堆和其他各种内存位置的一定范围（虚拟）地址的"内存泡沫"内。

如果RTP / Process尝试访问其范围之外的内存位置，则MMU会生成异常，并调用OS（或信号处理程序）。典型结果是段错误/总线异常。

但是，如果进程无法逃离其内存泡沫，如何将数据包发送到以太网端口？这因处理器体系结构而异，但基本上，用户端（RTP）套接字库（例如）进行“系统调用”-这是一条特殊指令，将CPU切换到内核空间和监管模式。此时，一些设备驱动程序（通常驻留在内核中）运行以将数据推送到某个硬件设备。完成后，系统调用返回，我们回到RTP / Process空间，运行用户代码。

操作系统负责所有MMU编程、系统调用处理等等... 应用程序看不到这些。

- Benoit