內(nèi)存大小計(jì)算

我們拿32位系統(tǒng)來舉個(gè)栗子

2^32 = ?4,294,967,296? bytes

?4,294,967,296? bytes / 1024 = ?4,194,304? kbytes

4,194,304? kbytes / 1024= ?4,096? M

?4,096? M /1024 = ?4G

物理內(nèi)存如何分頁？

分段和分頁計(jì)算機(jī)內(nèi)存管理的兩種方式，這里我只討論分頁。

比如是 4G的內(nèi)存，我們一個(gè)頁的大小是 4K，那可以分成多少個(gè)頁呢？

通過一系列復(fù)雜而且不為人知的計(jì)算

4,194,304? kbytes / 4 = ?1,048,576?

所以分頁后的物理內(nèi)存應(yīng)該是這樣排列的

MMU是什么？

如果操作系統(tǒng)是一家銀行，那MMU就是這家銀行的資金倉庫管理員，所有要申請資金的人都要通過管理員才能拿到錢。

我們說的MMU就是內(nèi)存管理單元，所有什么亂七八糟的虛擬地址最后都是都需要經(jīng)過MMU這個(gè)內(nèi)存管家把虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址來操作的。

順便說一句，并不是所有的支票都可以轉(zhuǎn)成錢的，有些也可能是空頭支票，操作系統(tǒng)給應(yīng)用的虛擬內(nèi)存，這些虛擬內(nèi)存并不是都能轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的物理內(nèi)存的

分頁模式下的虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址對應(yīng)圖

上面分頁的問題

如果是32的系統(tǒng)，我們4G的內(nèi)存，分成4KB一個(gè)頁，那需要多少個(gè)頁呢？

4,194,304? kbytes / 4 = ?1,048,576?

我們上面已經(jīng)計(jì)算出來了，如果一個(gè)虛擬地址和物理地址的映射關(guān)系需要4個(gè)字節(jié)來存儲(chǔ)，那我們需要多少空間呢？

1,048,576? ?x 4bytes = ?4,194,304? bytes /1024 = ?4,096? k / 1024 = 4M

就是說我們一個(gè)映射關(guān)系需要 4M的內(nèi)存，我們操作系統(tǒng)開一個(gè)進(jìn)程就需要開一個(gè)映射表，如果我我們開100個(gè)進(jìn)程就需要400M內(nèi)存，這樣的話，我們的操作系統(tǒng)的內(nèi)存會(huì)非常非常吃緊。

所以，操作系統(tǒng)的開發(fā)大牛們就發(fā)明了多級頁表這個(gè)東西，多級頁表的作用就是為了省空間，每當(dāng)讀到這里，我每每感嘆，自己比別人是笨了多少個(gè)等級啊。

為什么需要4個(gè)字節(jié)來存一個(gè)頁表項(xiàng)呢？因?yàn)槭?2為地址，一個(gè)字節(jié)是8位，4個(gè)字節(jié)剛好是32位，所以就需要4個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)頁表項(xiàng)。

有人會(huì)問，這4K存的是物理地址還是虛擬地址呢？

大家想一下，物理地址的分頁在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候已經(jīng)確定好了，物理地址是沒有必要分多次的。所以這個(gè)存的是虛擬地址。

多級頁表

然后，大神們就設(shè)計(jì)出這樣的分頁方式

多級頁表劃分

我們上面說了，如果只用一級分頁的話，導(dǎo)致一個(gè)問題是需要的太多的空間來存儲(chǔ)映射關(guān)系了，那現(xiàn)在改成使用32bit不同的bit來尋址，需要多少內(nèi)存來存儲(chǔ)呢？

2^10 = 1024bytes = 1k

一個(gè)頁表大小是 4 K ，我們是一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的偏移的，所以一個(gè)頁我們一定需要 12個(gè)bit做偏移來獲取頁中的具體位置，所以我們必須要留12bits給頁表偏移使用。

既然頁表偏移使用12bit，那頁目錄和頁表各分到10bits。

1024 * 1024 = ? ?1,048,576?

1,048,576? ?x 4 k = ?4,194,304? k

?4,194,304? k / 1024 = 4096M = 4G

這樣分是不是很牛，計(jì)算出來就剛剛好等于 4G 內(nèi)存

那頁表項(xiàng)我們需要多少內(nèi)存空間呢？

頁目錄一共是 2^10 = 1024 項(xiàng)，每一項(xiàng)代表一個(gè)頁目錄表的編號(hào)，一個(gè)頁目錄表我們需要4個(gè)字節(jié)來表示，所以占用的存儲(chǔ)空間應(yīng)該是 1024 * 4bytes = 4K 大小。

同理頁表也是一樣，需要4K大小的存儲(chǔ)空間

偏移量這個(gè)是不需要存儲(chǔ)的，我們只要知道了前面兩個(gè)位置，再加上偏移量，就能準(zhǔn)確知道內(nèi)存的具體位置了

我們把這種分段方式想象成一本書，就很好理解了。比如，我們要在新華字典查某個(gè)字的時(shí)候，我們需要在目錄里面找這個(gè)字在哪一頁，這個(gè)就需要一個(gè)頁目錄表。然后，我們找到確定的頁數(shù)后，再通過頁表找到在哪一行。最后，我們通過偏移量找到這個(gè)字跟行首偏移多少個(gè)字。

我們這樣就能找到確定的字了。

如下圖

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總結(jié)

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