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一、頁(yè)表結(jié)構(gòu) 分頁(yè)轉(zhuǎn)換功能由駐留在內(nèi)存中的表來(lái)描述，該表稱為頁(yè)表（page table），存放在物理地址空間中。頁(yè)表可看做簡(jiǎn)單的220個(gè)物理地址數(shù)組。線性到物理地址的映射功能可以簡(jiǎn)單地看做進(jìn)行數(shù)組查找。線性地址的高20位構(gòu)成這個(gè)數(shù)組的索引值，用于選擇對(duì)應(yīng)頁(yè)面的物理（基）地址。線性地址的低12位給出了頁(yè)面中的偏移量，加上頁(yè)面的基地址最終形成對(duì)應(yīng)的物理地址。由于頁(yè)面基地址對(duì)齊在4K邊界上，因此頁(yè)面基地址的低12位肯定是0。這意味著高20位的頁(yè)面基地址和12位偏移量連接組合在一起就能得到對(duì)應(yīng)的物理地址。 頁(yè)表中每個(gè)頁(yè)表項(xiàng)的大小為32位。由于只需要其中的20位來(lái)存放頁(yè)面的物理基地址，因此剩下的12位可用于存放諸如頁(yè)面是否存在等的屬性信息。如果線性地址索引的頁(yè)表項(xiàng)被標(biāo)注為存在的，則表示該項(xiàng)有效，我們可以從中取得頁(yè)面的物理地址。如果頁(yè)表項(xiàng)中信息表明（說(shuō)明、指明）頁(yè)不存在，那么當(dāng)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)物理頁(yè)面時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常。 1．兩級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu) 頁(yè)表含有220（1M）個(gè)表項(xiàng)，而每項(xiàng)占用4B。如果作為一個(gè)表來(lái)存放的話，它們最多將占用4MB的內(nèi)存。因此為了減少內(nèi)存占用量，80x86使用了兩級(jí)表。由此，高20位線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換也被分成兩步來(lái)進(jìn)行，每步使用（轉(zhuǎn)換）其中的10bit。 第一級(jí)表稱為頁(yè)目錄（page directory）。它被存放在1頁(yè)4K頁(yè)面中，具有210（1K）個(gè)4B長(zhǎng)度的表項(xiàng)。這些表項(xiàng)指向?qū)?yīng)的二級(jí)表。線性地址的最高10位（位31～22）用作一級(jí)表（頁(yè)目錄）中的索引值來(lái)選擇210個(gè)二級(jí)表之一。 第二級(jí)表稱為頁(yè)表（page table），它的長(zhǎng)度也是1個(gè)頁(yè)面，最多含有1K個(gè)4B的表項(xiàng)。每個(gè)4B表項(xiàng)含有相關(guān)頁(yè)面的20位物理基地址。二級(jí)頁(yè)表使用線性地址中間10位（位21～12）作為表項(xiàng)索引值，以獲取含有頁(yè)面20位物理基地址的表項(xiàng)。該20位頁(yè)面物理基地址和線性地址中的低12位（頁(yè)內(nèi)偏移）組合在一起就得到了分頁(yè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的輸出值，即對(duì)應(yīng)的最終物理地址。 圖4-17給出了二級(jí)表的查找過(guò)程。其中CR3寄存器指定頁(yè)目錄表的基地址。線性地址的高10位用于索引這個(gè)頁(yè)目錄表，以獲得指向相關(guān)第二級(jí)頁(yè)表的指針。線性地址中間10位用于索引二級(jí)頁(yè)表，以獲得物理地址的高20位。線性地址的低12位直接作為物理地址低12位，從而組成一個(gè)完整的32位物理地址。

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（點(diǎn)擊查看大圖）圖4-17? 線性地址和物理地址之間的變換

2．不存在的頁(yè)表 使用二級(jí)表結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有解決需要使用4MB內(nèi)存來(lái)存放頁(yè)表的問(wèn)題。實(shí)際上，我們把問(wèn)題搞得有些復(fù)雜了。因?yàn)槲覀冃枰碓鲆粋€(gè)頁(yè)面來(lái)存放目錄表。然而，二級(jí)表結(jié)構(gòu)允許頁(yè)表被分散在內(nèi)存各個(gè)頁(yè)面中，而不需要保存在連續(xù)的4MB內(nèi)存塊中。另外，并不需要為不存在的或線性地址空間未使用部分分配二級(jí)頁(yè)表。雖然目錄表頁(yè)面必須總是存在于物理內(nèi)存中，但是二級(jí)頁(yè)表可以在需要時(shí)再分配。這使得頁(yè)表結(jié)構(gòu)的大小對(duì)應(yīng)于實(shí)際使用的線性地址空間大小。 頁(yè)目錄表中每個(gè)表項(xiàng)也有一個(gè)存在（present）屬性，類似于頁(yè)表中的表項(xiàng)。頁(yè)目錄表項(xiàng)中的存在屬性指明對(duì)應(yīng)的二級(jí)頁(yè)表是否存在。如果目錄表項(xiàng)指明對(duì)應(yīng)的二級(jí)頁(yè)表存在，那么通過(guò)訪問(wèn)二級(jí)表，表查找過(guò)程第2步將同如上描述繼續(xù)下去。如果存在位表明對(duì)應(yīng)的二級(jí)表不存在，那么處理器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)異常來(lái)通知操作系統(tǒng)。頁(yè)目錄表項(xiàng)中的存在屬性使得操作系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際使用的線性地址范圍來(lái)分配二級(jí)頁(yè)表頁(yè)面。 目錄表項(xiàng)中的存在位還可以用于在虛擬內(nèi)存中存放二級(jí)頁(yè)表。這意味著在任何時(shí)候只有部分二級(jí)頁(yè)表需要存放在物理內(nèi)存中，而其余的可保存在磁盤上。處于物理內(nèi)存中頁(yè)表對(duì)應(yīng)的頁(yè)目錄項(xiàng)將被標(biāo)注為存在，以表明可用它們進(jìn)行分頁(yè)轉(zhuǎn)換。處于磁盤上的頁(yè)表對(duì)應(yīng)的頁(yè)目錄項(xiàng)將被標(biāo)注為不存在。由于二級(jí)頁(yè)表不存在而引發(fā)的異常會(huì)通知操作系統(tǒng)把缺少的頁(yè)表從磁盤上加載進(jìn)物理內(nèi)存。把頁(yè)表存儲(chǔ)在虛擬內(nèi)存中減少了保存分頁(yè)轉(zhuǎn)換表所需要的物理內(nèi)存量。 二、頁(yè)表項(xiàng)格式 頁(yè)目錄和頁(yè)表的表項(xiàng)格式如圖4-18所示。其中位31～12含有物理地址的高20位，用于定位物理地址空間中一個(gè)頁(yè)面（也稱為頁(yè)幀）的物理基地址。表項(xiàng)的低12位含有頁(yè)屬性信息。前文已經(jīng)討論過(guò)存在屬性，這里簡(jiǎn)要說(shuō)明其余屬性的功能和用途。

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（點(diǎn)擊查看大圖）圖4-18? 頁(yè)目錄和頁(yè)表的表項(xiàng)格式

P--位0是存在（Present）標(biāo)志，用于指明表項(xiàng)對(duì)地址轉(zhuǎn)換是否有效。P=1表示有效；P=0表示無(wú)效。在頁(yè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果說(shuō)涉及的頁(yè)目錄或頁(yè)表的表項(xiàng)無(wú)效，則會(huì)導(dǎo)致一個(gè)異常。如果P=0，那么除表示表項(xiàng)無(wú)效外，其余位可供程序自由使用，如圖4-18b所示。例如，操作系統(tǒng)可以使用這些位來(lái)保存已存儲(chǔ)在磁盤上的頁(yè)面的序號(hào)。 R/W--位1是讀/寫（Read/Write）標(biāo)志。如果等于1，表示頁(yè)面可以被讀、寫或執(zhí)行。如果為0，表示頁(yè)面只讀或可執(zhí)行。當(dāng)處理器運(yùn)行在超級(jí)用戶特權(quán)級(jí)（級(jí)別0、1或2）時(shí)，則R/W位不起作用。頁(yè)目錄項(xiàng)中的R/W位對(duì)其所映射的所有頁(yè)面起作用。 U/S--位2是用戶/超級(jí)用戶（User/Supervisor）標(biāo)志。如果為1，那么運(yùn)行在任何特權(quán)級(jí)上的程序都可以訪問(wèn)該頁(yè)面。如果為0，那么頁(yè)面只能被運(yùn)行在超級(jí)用戶特權(quán)級(jí)（0、1或2）上的程序訪問(wèn)。頁(yè)目錄項(xiàng)中的U/S位對(duì)其所映射的所有頁(yè)面起作用。 A--位5是已訪問(wèn)（Accessed）標(biāo)志。當(dāng)處理器訪問(wèn)頁(yè)表項(xiàng)映射的頁(yè)面時(shí)，頁(yè)表表項(xiàng)的這個(gè)標(biāo)志就會(huì)被置為1。當(dāng)處理器訪問(wèn)頁(yè)目錄表項(xiàng)映射的任何頁(yè)面時(shí)，頁(yè)目錄表項(xiàng)的這個(gè)標(biāo)志就會(huì)被置為1。處理器只負(fù)責(zé)設(shè)置該標(biāo)志，操作系統(tǒng)可通過(guò)定期地復(fù)位該標(biāo)志來(lái)統(tǒng)計(jì)頁(yè)面的使用情況。 D--位6是頁(yè)面已被修改（Dirty）標(biāo)志。當(dāng)處理器對(duì)一個(gè)頁(yè)面執(zhí)行寫操作時(shí)，就會(huì)設(shè)置對(duì)應(yīng)頁(yè)表表項(xiàng)的D標(biāo)志。處理器并不會(huì)修改頁(yè)目錄項(xiàng)中的D標(biāo)志。 AVL--該字段保留專供程序使用。處理器不會(huì)修改這幾位，以后的升級(jí)處理器也不會(huì)。
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總結(jié)

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