技術(shù)盲點(diǎn)：MMU與多線程

MMU，它是CPU提供的一種能力，通過它，就可以實(shí)現(xiàn)virtualmemory?？梢砸皂?yè)面為單位將數(shù)據(jù)在硬盤和RAM之間交換。換句話說，它通過分段(X86)和分頁(yè)將虛擬地址，線形地址，物理地址對(duì)應(yīng)起來，讓每個(gè)應(yīng)用程序以為自己有很大內(nèi)存可用。當(dāng)某個(gè)應(yīng)用程序真正運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)頁(yè)才會(huì)調(diào)入內(nèi)存。所以，在virtualmemory的情況下，虛擬地址不是被直接送到內(nèi)存地址總線上，而是送到存儲(chǔ)器管理單元MMU，把虛擬地址映射為物理地址。

MMU的功能：

1、將虛擬地址映射為物理地址

現(xiàn)代的多用戶多進(jìn)程操作系統(tǒng)，需要MMU, 才能達(dá)到每個(gè)用戶進(jìn)程都擁有自己獨(dú)立的地址空間的目標(biāo)。使用MMU,操作系統(tǒng)劃分出一段地址區(qū)域, 在這塊地址區(qū)域中, 每個(gè)進(jìn)程看到的內(nèi)容都不一定一樣。例如MICROSOFTWINDOWS操作系統(tǒng)將地址范圍4M-2G劃分為用戶地址空間，進(jìn)程A在地址0X400000(4M)映射了可執(zhí)行文件，進(jìn)程B同樣在地址0X400000(4M)映射了可執(zhí)行文件，如果A進(jìn)程讀地址0X400000,讀到的是A的可執(zhí)行文件映射到RAM的內(nèi)容，而進(jìn)程B讀取地址0X400000時(shí)，則讀到的是B的可執(zhí)行文件映射到RAM的內(nèi)容。

這很好理解，因?yàn)锳，B進(jìn)程看到的都是虛擬地址，虛擬地址需要對(duì)應(yīng)到線性地址，再映射到物理地址中。(注：線性地址好像是x86分段概念中獨(dú)有的)。所以每個(gè)進(jìn)程中看到的某個(gè)線性地址，經(jīng)過MMU轉(zhuǎn)換，最終這個(gè)地址根本不在同一個(gè)頁(yè)中。所以不相同。

如果有了硬件MMU，可以為每個(gè)進(jìn)程建立一個(gè)獨(dú)立空間的頁(yè)表項(xiàng)，調(diào)度時(shí)就可以方便的切換。

2.提供硬件機(jī)制的內(nèi)存訪問授權(quán)：

這一塊就不是很清楚，記得這是在GDT，LDT中保護(hù)的啊。

CPU與MMU：

x86系統(tǒng)的CPU，基本全部包括MMU。 (它好像有個(gè)特有的分段機(jī)制)

ARM出品的CPU，MMU作為一個(gè)協(xié)處理器存在。根據(jù)不同的系列有不同搭配。需要查詢DATASHEET才可知道是否有MMU。如果有的話，一定是編號(hào)為15的協(xié)處理器?？梢蕴峁?2BIT共4G的地址空間。

ARM7 沒有沒有MMU， 但ARM9 將MMU包到核中去了。

uclinux,uc/os-II與MMU：

uclinux中MM部分作了很大修改，uClinux針對(duì)noMMU處理器開發(fā)，所以被迫使用一種flat方式的內(nèi)存管理模式，啟動(dòng)新的應(yīng)用程序時(shí)系統(tǒng)必須為應(yīng)用程序分配存儲(chǔ)空間，并立即把應(yīng)用程序加載到內(nèi)存。缺少了MMU的內(nèi)存重映射機(jī)制，uClinux必須在可執(zhí)行文件加載階段對(duì)可執(zhí)行文件reloc處理，使得程序執(zhí)行時(shí)能夠直接使用物理內(nèi)存。

uc/os-II則根本沒有進(jìn)程概念，只有Task，在Task開始工作時(shí)，已經(jīng)將物理內(nèi)存分配給它了。

回歸主題：

如果某個(gè)CPU不支持MMU，則對(duì)應(yīng)OS(例如：ucLinux)則無法做到將幾個(gè)程序所用頁(yè)面分別從硬盤到RAM的交換。并且每個(gè)程序在啟動(dòng)時(shí)，就需要給它分配足RAM。

補(bǔ)充：

現(xiàn)代OS是利用MMU的特性才能達(dá)到每個(gè)用戶進(jìn)程都擁有自己獨(dú)立的地址空間的目標(biāo)。沒有MMU，這些OS就無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)基本功能。于是就有了uclinux這樣的針對(duì)NoMMU的OS。

另外，類似UC/OS-II這樣的操作系統(tǒng)。則將OS與Task合為一體，共用同一個(gè)地址空間。也無所謂內(nèi)核空間和用戶空間。所以如果你認(rèn)為它也可也叫多進(jìn)程，這也算可以吧。

當(dāng)然，公平的說，MMU并不完全是多進(jìn)程的必備條件，只是幫助OS實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程。