存储器管理单元(Memory Management Unit, MMU)

目录主要功能关键技术工作流程现代MMU特性

存储器管理单元(Memory Management Unit, MMU)是计算机系统中负责处理中央处理器(CPU)内存访问请求的硬件组件，是现代计算机体系结构中的重要部分。

主要功能

虚拟内存管理：

将虚拟地址转换为物理地址

实现内存抽象，使每个程序仿佛拥有独立的地址空间

内存保护：

防止用户进程访问内核内存区域

防止进程间相互干扰

地址转换：

通过页表(page table)或段表(segment table)实现地址映射

支持多级页表结构以节省内存

关键技术

分页机制：

将内存划分为固定大小的页(通常4KB)

使用页表记录虚拟页到物理页帧的映射

分段机制：

将内存划分为逻辑段(代码段、数据段等)

提供更自然的程序内存视图

TLB(转换后备缓冲区)：

缓存最近使用的地址转换结果

显著减少地址转换时间

工作流程

CPU发出虚拟地址访问请求

MMU检查TLB中是否有缓存转换结果

若TLB未命中，则查询页表进行地址转换

检查访问权限是否合法

将物理地址发送到内存总线

现代MMU特性

支持多种页大小(如4KB、2MB、1GB)

提供ASID(地址空间标识符)支持快速上下文切换

支持大物理地址扩展(PAE)

硬件加速的页表遍历

MMU的存在使得操作系统能够实现虚拟内存、内存保护和高效的进程隔离，是现代多任务操作系统的基石之一。