01_MMU的简单定义

1.概念

MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）是计算机系统中的一种硬件组件，负责管理虚拟内存和物理内存之间的映射关系。它在现代操作系统中扮演着关键角色，帮助系统高效管理内存，并为进程提供独立的内存空间。

2.主要功能

• 虚拟内存管理：
  • MMU 允许操作系统为每个进程提供一个虚拟地址空间。进程在执行时使用虚拟地址，而 MMU 负责将这些虚拟地址转换为物理地址。这种方式使得多个进程可以共享同一物理内存，并防止它们互相干扰。
• 地址转换：
  • 当 CPU 发出一个内存访问请求时，MMU 会将虚拟地址转换为物理地址。这种转换通过查找页表（page table）来完成，页表记录了虚拟地址与物理地址之间的映射关系。
• 内存保护：
  • MMU 通过设置访问权限来保护内存。例如，可以设置某些内存区域为只读，或者限制特定进程访问某些内存区域。这防止了进程之间的非法访问和数据篡改，提升了系统的稳定性和安全性。
• 分页和分段：
  • 分页（Paging）：MMU 将虚拟内存划分为固定大小的页面（page），并将它们映射到物理内存中的页面框（page frame）。分页有助于减少内存碎片，并简化内存管理。
  • 分段（Segmentation）：分段是一种更灵活的内存管理方式，允许内存被划分为不同大小的段。每个段可以表示程序的不同部分，如代码段、数据段等。MMU 管理这些段的地址映射和访问权限。
• 缓存管理：
  • MMU 还可以与 CPU 的缓存系统协同工作，优化内存访问速度。它通过缓存一致性协议确保缓存中的数据和主存中的数据一致。

3.为什么需要MMU

• MMU可以让不同进程在各自独立的地址空间运行，相互不影响
• MMU使用虚拟内存技术让系统可以运行超过其物理内存大小的程序。操作系统可以将不常用的数据页交换到磁盘上，腾出内存空间给其他进程使用。
• MMU通过分页技术减少了内存碎片问题。