虚拟内存的分页机制一点总结（机制及倒排页表） .

中关村村草

虚拟内存的分页机制一点总结（机制及倒排页表） .

1.设计思想

用固定大小的页来描述逻辑地址空间，用相同大小的页框来描述物理内存空间，由操作系统实现从逻辑页到物理页框的映射，同时负责对所有页的管理和进程运行的控制




2. 相关名称定义

页帧：被分成一页大小的逻辑地址

页框：被分成一页大小的物理地址

页表：页帧映射到页框的表格


标志位：标志页帧是否已成功映射到页框，0否 1是




3.工作机理（按图1 来阐述）

   3.1 当执行到某一条指令（逻辑地址）时，检查该指令所在页表中的标志位（一共16页，所以有16个表项）

   3.2 若为1，即将图中的页表号放到寄存器的高3位，将逻辑地址的低12为放到寄存器的低十二位，然后将寄存器的内容作为物理地址送到内存总线。

   3.3 若为0，引起缺页中断，转到操作系统核心态。核心态根据页面淘汰算法淘汰掉一个页框，然后在页表处理映射关系，将标志位置位。然后转回

用户态，程序从3.1从新开始，此时标志位已经为1，所以能成功执行。

                                                                                    




              图1  16 个4KB 的页面MMU的内部操作（图片来自现代操作系统： Andrew）

4.页表处理与优化

当逻辑地址太大时，页表将会很大。主要取决于地址总线，此时有下面的几种解决方法：

4.1  TLB  （Translation lookaside buffer），即为页表做缓冲

4.2  多级页表

4.3 倒排索引，即根据 物理地址来找逻辑地址，而不是根据逻辑地址来找物理地址。

缺点：最差情况下需要搜索整个倒排索引表才能找到映射关系

优化：使用hash算法，最终有如图2的页表

                                                                                               




图2  倒排页表（图片来自现代操作系统： Andrew）

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