接上節(jié)，分頁機制是建立在分段機制之上，與其脫離不了干系，即使在分頁機制下的進程也要先經(jīng)過邏輯上的分段才行，每加載一個進程，操作系統(tǒng)按照進程中各段的起始范圍，在進程自己的4GB虛擬地址空間中尋找可有空間分配內(nèi)存段，此虛擬地址空間可以是頁表，也可以是操作系統(tǒng)維護的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，總之此階段的分配是邏輯上的，并沒有真正寫入物理內(nèi)存。代碼段和數(shù)據(jù)段在邏輯上被拆分成以頁為單位的小內(nèi)存塊。這時的虛擬地址虛如其名，不能存放任何數(shù)據(jù)。接著操作系統(tǒng)開始為這些虛擬內(nèi)存頁分配真實的物理內(nèi)存頁，它查找物理內(nèi)存中可用的頁，然后在頁表中登記這些物理頁地址，這樣就完成了虛擬頁到物理頁的映射，每個進程都以為自己獨享4G地址空間。

以上在宏觀上籠統(tǒng)地介紹了分頁機制下操作系統(tǒng)加載用戶進程的整個流程，先讓大家心中有數(shù)，了解我們下面所說的內(nèi)容是什么。也許您對此過程并不十分理解，不過沒關(guān)系，下面咱們開始從頭說起。

映射這個概念大家應(yīng)該比較清楚，對應(yīng)的英文單詞是map，意為地圖。地圖是對實際地理空間的一種抽象，地圖上的每個位置都代表某個真實地理空間，這種地圖上與地理上一一對應(yīng)的關(guān)系就稱為映射。

在內(nèi)存地址中，最簡單的映射方法是逐字節(jié)映射，即一個線性地址對應(yīng)一個物理地址。比如線性地址為0x0，其對應(yīng)的物理地址可以是0x0、0x10或其它你喜歡的數(shù)字，若線性地址為0x1，對應(yīng)的物理地址為0x1、0x11或其它你喜歡的數(shù)字。我們需要找個地方來存儲這種映射關(guān)系，這個地方就是頁表，Page Table。頁表就是個N行1列的表格，頁表中的每一行（只有一個單元格）稱為頁表項PTE（Page Table Entry），其大小是4字節(jié)，頁表項的作用是用來存儲內(nèi)存物理地址。當訪問一個線性地址時，實際上就是在訪問頁表項中所記錄的物理內(nèi)存地址。

頁表與物理內(nèi)存關(guān)系示意如下圖所示：

如果采用這種線性地址與物理地址一一映射的方案：

表中就應(yīng)該有4G個頁表項

32位的地址要用4字節(jié)的頁表項來存儲，頁表總共大小是4Byte*4G =16GB。

分頁機制本質(zhì)上是將大小不同的大內(nèi)存段拆分成大小相等的小內(nèi)存塊。以上方案其實就是將4GB空間劃分成4G個內(nèi)存塊，每個內(nèi)存塊大小是1字節(jié)。頁表也是存儲在內(nèi)存中的，為了表示32位地址，每個頁表項必須要4字節(jié)，若按此方案，光是頁表就要占 16GB內(nèi)存，得不償失，顯然方案不合理。

以上方案不成立的原因是內(nèi)存塊數(shù)量太大了，也就是說，在總的4GB地址空間恒定不變的情況下，內(nèi)存塊尺寸選的太小了。為了找到合適的內(nèi)存塊大小，我們做下列分析與嘗試。

任意進制的數(shù)字都可以分成高位部分和低位部分，若將低位部分理解為單位大小，高位部分則是這種單位的數(shù)量。如六萬的十進制可表示為60000，也可以表示為60千。也就是將60000分成高位60和低位1000兩部分。

為了節(jié)省頁表空間，勢必要將滑塊往左調(diào)整，以使內(nèi)存塊尺寸變大，這樣內(nèi)存塊數(shù)量變小，從而減少了頁表項數(shù)量。如果滑塊指向第20位，內(nèi)存塊大小則為2的20次方，即1MB，內(nèi)存塊數(shù)量則為2的12次方，即4K個。若滑塊指向第12位，內(nèi)存塊大小則為2的12次方即4KB，內(nèi)存塊數(shù)量則為2的20次方，1M，即1048576個。這里所說的內(nèi)存塊，其官方名稱是頁，cpu中采用的頁大小恰恰就是4KB，也就是上圖中滑塊的落點處。

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 37 一级页表与虚拟地址2的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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