前面講述了頁(yè)表的原理，并以一級(jí)頁(yè)表做為原型講述了地址轉(zhuǎn)換過(guò)程。既然有了一級(jí)頁(yè)表，為什么還要搞個(gè)二級(jí)頁(yè)表呢？理由如下：

一級(jí)頁(yè)表中最多可容納1M（1048576）個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)是4字節(jié)，如果頁(yè)表項(xiàng)全滿的話，便是4MB大小。

一級(jí)頁(yè)表中所有頁(yè)表項(xiàng)必須要提前建好，原因是操作系統(tǒng)要占用4GB虛擬地址空間的高1GB，用戶進(jìn)程要占用低3GB。

每個(gè)進(jìn)程都有自己的頁(yè)表，進(jìn)程一多，光是頁(yè)表占用的空間就很可觀了。

歸根結(jié)底，我們要解決的是：不要一次性地將全部頁(yè)表項(xiàng)建好，需要時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建頁(yè)表項(xiàng)。如何解決呢？

二級(jí)頁(yè)表很好的解決了該問(wèn)題。我們來(lái)說(shuō)下，什么是二級(jí)頁(yè)表。

無(wú)論是幾級(jí)頁(yè)表，標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)的尺寸都是4KB，這一點(diǎn)是不變的。所以4GB線性地址空間最多有1M個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)。一級(jí)頁(yè)表是將這1M個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)放置到一張頁(yè)表中，二級(jí)頁(yè)表是將這1M個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)平均放置1K個(gè)頁(yè)表中。每個(gè)頁(yè)表中包含有1K個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。頁(yè)表項(xiàng)是4字節(jié)大小，頁(yè)表包含1K個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，故頁(yè)表大小為4KB，這恰恰是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)的大小。

拆分出了這么多個(gè)頁(yè)表，如何使用它們呢？為此，專(zhuān)門(mén)有個(gè)頁(yè)目錄表來(lái)存儲(chǔ)這些頁(yè)表。每個(gè)頁(yè)表的物理地址在頁(yè)目錄表中都以頁(yè)目錄項(xiàng)PDE（Page Directory Entry）的形式存儲(chǔ)，頁(yè)目錄項(xiàng)大小同頁(yè)表項(xiàng)一樣，都是用來(lái)描述一個(gè)物理頁(yè)的物理地址，其大小都是4字節(jié)，而且最多有1024個(gè)頁(yè)表，所以頁(yè)目錄表也是4KB大小，同樣也是標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)的大小。

頁(yè)表是用于管理內(nèi)存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其也要占用內(nèi)存，所以頁(yè)目錄表和頁(yè)表所占用的物理頁(yè)，同樣是混跡于物理內(nèi)存之中，如圖

頁(yè)目錄表中共1024個(gè)頁(yè)表，也就是有1024個(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)。一個(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)中記錄一個(gè)頁(yè)表物理頁(yè)地址，物理頁(yè)地址是指頁(yè)的物理地址，在頁(yè)目錄項(xiàng)及頁(yè)表項(xiàng)中記錄的都是頁(yè)的物理地址，由于頁(yè)大小都是0x1000，即4096，因此頁(yè)地址是以000為結(jié)尾的16進(jìn)制數(shù)字。每個(gè)頁(yè)表中有1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)中是一個(gè)物理頁(yè)地址，最終數(shù)據(jù)是寫(xiě)在這頁(yè)表項(xiàng)中指定的物理頁(yè)中。頁(yè)表項(xiàng)中分配的物理頁(yè)地址在真正物理內(nèi)存中離散頒布，毫無(wú)規(guī)律可言，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)這些物理頁(yè)的分配與釋放。由于頁(yè)目錄表和頁(yè)表本身都要占用內(nèi)存，且為4KB大小，故它們也會(huì)由操作系統(tǒng)在物理內(nèi)存中分配一物理頁(yè)存放。圖中最粗的線是存放頁(yè)目錄表物理頁(yè)，稍細(xì)一點(diǎn)的線指向的是用來(lái)存放頁(yè)表的物理頁(yè)，其它最細(xì)的線是頁(yè)表項(xiàng)中分配的物理頁(yè)，頁(yè)表結(jié)構(gòu)本身與其它數(shù)據(jù)混布滲透在物理內(nèi)存中，頁(yè)表所占用的物理頁(yè)在外在形式上與其它數(shù)據(jù)占用的物理頁(yè)沒(méi)有什么不同，只有cpu知道它們的作用不同。頁(yè)表在建立之初，物理內(nèi)存各部分的布局還是相對(duì)較整潔的，隨著操作系統(tǒng)分配或釋放內(nèi)存的動(dòng)作越來(lái)越頻繁，物理內(nèi)存的布局將更加零散。

二級(jí)頁(yè)表與一級(jí)頁(yè)表在原理上相同，但結(jié)構(gòu)上已經(jīng)有了很大不同，它們?cè)谔摂M地址到物理地址轉(zhuǎn)換方法上也很大不同。

我們已經(jīng)知道，前面所說(shuō)的一級(jí)頁(yè)表轉(zhuǎn)換方法，是將32位虛擬地址拆分成兩部分，高20位用于定位一個(gè)物理頁(yè)，低12位用于物理頁(yè)內(nèi)的偏移量。在二級(jí)頁(yè)表轉(zhuǎn)換中，依然是用32位虛擬地址的不同部分來(lái)定位物理頁(yè)。

在二級(jí)頁(yè)表是這樣的：每個(gè)頁(yè)表中可容納1024個(gè)物理頁(yè)，故每個(gè)頁(yè)表可表示的內(nèi)存容量是1024*4KB=4MB。頁(yè)目錄中共有1024個(gè)頁(yè)表，故所有頁(yè)表可表示的內(nèi)存容量是1024*4MB=4GB，這已經(jīng)達(dá)到了32位地址空間的最大容量。所以說(shuō)，任意一個(gè)32位物理地址，它必然在某個(gè)頁(yè)表之內(nèi)的某個(gè)物理頁(yè)中。我們定位某一個(gè)物理頁(yè)，必然要先找到其所屬的頁(yè)表。頁(yè)目錄中1024個(gè)頁(yè)表，只需要10位二進(jìn)制就能夠表示了，所以，虛擬地址的高10位（第31~22位）用來(lái)在頁(yè)目錄中定位一個(gè)頁(yè)表，也就是這高10位用于定位頁(yè)目錄中的頁(yè)目錄項(xiàng)PDE，PDE中有頁(yè)表物理頁(yè)地址。找到頁(yè)表后，到底是頁(yè)表中哪一個(gè)物理頁(yè)呢？由于頁(yè)表中可容納1024個(gè)物理頁(yè)，故只需要10位二進(jìn)制就能夠表示了。所以虛擬地址的中間10位（第21~12位）用來(lái)在頁(yè)表中定位具體的物理頁(yè)，也就是在頁(yè)表中定位一個(gè)頁(yè)表項(xiàng)PTE，PTE中有分配的物理頁(yè)地址。由于標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)都是4KB，12位二進(jìn)制便可以表達(dá)4KB之內(nèi)的任意地址，故線性地址中余下的12位（第11~0位）用于頁(yè)內(nèi)偏移量。

經(jīng)以上分析，二級(jí)頁(yè)表地址轉(zhuǎn)換原理是，將32位虛擬地址拆分成高10位、中間10位、低12位三部分，它們的作用是：高10位做為頁(yè)表的索引，用于在頁(yè)目錄表中定位一個(gè)頁(yè)目錄項(xiàng)PDE，頁(yè)目錄項(xiàng)中有頁(yè)表物理地址，也就是定位到了某個(gè)頁(yè)表。中間10位做為物理頁(yè)的索引，用于在頁(yè)表內(nèi)定位到某個(gè)頁(yè)表項(xiàng)PTE，頁(yè)表項(xiàng)中有分配的物理頁(yè)地址，也就是定位到了某個(gè)物理頁(yè)。低12位做為頁(yè)內(nèi)偏移量用于在已經(jīng)定位到的物理頁(yè)內(nèi)尋址。

同一級(jí)頁(yè)表一樣，訪問(wèn)任何頁(yè)表內(nèi)的數(shù)據(jù)都要通過(guò)物理地址。由于頁(yè)目錄項(xiàng)PDE和頁(yè)表項(xiàng)PTE都是4字節(jié)大小，給出了PDE和PTE索引后，還需要在背后悄悄乘以4，再加上頁(yè)表物理地址，這才是最終要訪問(wèn)的絕對(duì)物理地址。轉(zhuǎn)換過(guò)程背后的具體步驟是：

用虛擬地址的高10位乘以4，做為頁(yè)目錄表內(nèi)的偏移地址，加上頁(yè)目錄表的物理地址，所得的和，便是頁(yè)目錄項(xiàng)的物理地址。讀取該頁(yè)目錄項(xiàng)，從中獲取到頁(yè)表的物理地址。

用虛擬地址的中間10位乘以4，做為頁(yè)表內(nèi)的偏移地址，加上在第1步中得到的頁(yè)表物理地址，所得的和，便是頁(yè)表項(xiàng)的物理地址。讀取該頁(yè)表項(xiàng)，從中獲取到分配的物理頁(yè)地址。

虛擬地址的高10位和中間10位分別是PDE和PTE的索引值，所以它們需要乘以4。但低12位就不是索引值啦，其表示的范圍是0~0xfff，做為頁(yè)內(nèi)偏移最合適，所以虛擬地址的低12位加上第2步中得到的物理頁(yè)地址，所得的和便是最終轉(zhuǎn)換的物理地址。

這種自動(dòng)化較強(qiáng)的工作，還是由頁(yè)部件自動(dòng)完成的，

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一步步编写操作系统 39 二级页表1的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。