为什么不使用物理地址编写程序？答案

【问题标题】：Why are programs not written using physical addresses?为什么不使用物理地址编写程序？
【发布时间】：2016-03-08 11:21:31
【问题描述】：

我正在准备我的操作系统课程的期末考试，我在教授的一张幻灯片上偶然发现了这个问题。我的猜测是，这真的很难做到，因此就你可以获得的生产量而言不是很实用 - 你必须以某种方式跟踪每个程序正在使用的物理内存的哪一部分，小心不要在映射到各种设备等的区域中写入。

这是对的还是我错过了什么？

【问题讨论】：

很多原因。我将从安全方面给出一个：如果攻击者知道库的确切加载位置，他们就可以更容易地利用您的程序。这导致Address Space Layout Randomization

标签： memory operating-system paging

【解决方案1】：

我们拥有虚拟内存的最重要原因之一与可执行代码的工作方式有关。考虑最简单的例子a = 12345，这里是汇编的样子（出于明显的原因简化了，一切都是 int）：

Memory Address:Content at address
00000000000004: 12345 (or binary: 11000000111001)
00000000000008: a (phisical location of a)
0000000000000C: copy from 00000000000004 to 00000000000008 instruction

重要的部分是copy from 00000000000004 to 00000000000008 instruction 这样做只是从一个位置从另一个位置复制一堆内存。

当您尝试执行此程序时，您必须在这些位置有a 和12345，否则它将无法运行。如果内存将直接是物理的，那么您的程序只有在它始终放置在相同的内存位置时才能工作。这由virtual memory 解决，因此几乎所有内容都在同一个位置，将物理内存中的位置留给操作系统（使用paging）。否则，每当程序运行到物理位置时，您都必须更改代码中的所有指令，这只会使程序变得更大更慢。

虚拟内存解决了多个问题。首先，它允许多个程序在同一台机器上运行。其次，它允许操作系统通过randomizing the position of each page in the ram 提供额外的安全性。此外，理论上您可以分配比物理内存更多的内存，因为操作系统可以在程序需要时将内存从 RAM 移动到 HDD 并返回 (see this)。

【讨论】：

感谢您在回答中提供的详细信息。因此，除了安全问题之外，使用物理地址编写程序会使它们不灵活，因为每次更改到另一个物理位置时，您都必须修改所有指令的地址（或指令本身？）以匹配那台新机器上有什么。对吗？
是的，您必须在程序中引用地址的所有地方进行修改。引用可以在任何地方；在指令中（从 LocA 移动到 LocB，或跳转到 LocD 等）和数据中（想不出一个例子）。无论如何，这取决于编译器对代码汤做任何事情，你最终可能会在任何地方得到数十亿个地址引用。
有一个系统，我不记得它的名字了地址空间。显然，这会对性能产生重大影响。

【解决方案2】：

使用逻辑地址转换的原因有很多。最重要的是，它通过分离每个进程使实现安全性变得更简单。

它还允许重新映射内存和内存共享。多个进程可以将同一个物理页映射到不同的逻辑地址。

它是虚拟内存的先决条件（一个不同的概念，但与逻辑内存转换有关）。

它允许所有进程（以及同一应用程序的东部实例）具有相同的内存布局。

它在很大程度上消除了内核为进程分配连续内存块（页框）的需要。可以从不连续的页框创建连续的逻辑地址空间。

【讨论】：