這篇文章主要講解了“分頁(yè)機(jī)制建立的方法步驟”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“分頁(yè)機(jī)制建立的方法步驟”吧！

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1、邏輯地址，線性地址，虛擬地址，物理地址傻傻分不清？

(1)邏輯地址

在IA-32架構(gòu)下，分段是必須的，而分頁(yè)并不是必須的。不論分頁(yè)與否，訪問(wèn)內(nèi)存都必須采用“段基址：段內(nèi)偏移地址”的策略。 因此訪問(wèn)內(nèi)存需要16&32共48位的地址信息，這便是邏輯地址，高12位為段選擇子，后面32位為段內(nèi)偏移地址。

(2)線性地址

使用選擇子索引到段描述符取得32位的段基址后與邏輯地址內(nèi)的32位段內(nèi)偏移地址相加后得到一個(gè)32位的地址信息，這便是線性地址。

(3)虛擬地址

如果不啟用分頁(yè)機(jī)制，線性地址就是物理地址，而如果啟用分頁(yè)機(jī)制的話，線性地址又叫做虛擬地址。

(4)物理地址

物理地址，不用多說(shuō)，內(nèi)存單元的真正地址

2、什么是分頁(yè)？

分頁(yè)本質(zhì)上是將各種大小不同的內(nèi)存段拆分成大小相同的內(nèi)存塊（通常4KB），以便進(jìn)行內(nèi)存管理的一種機(jī)制。

3、為什么要分頁(yè)？

主要是便于內(nèi)存管理，解決純分段情況下應(yīng)用程序過(guò)多，或者內(nèi)存碎片過(guò)多而無(wú)法容納新進(jìn)程。又或者重新加載某內(nèi)存段(之前交換出去的)時(shí)找不到合適的內(nèi)存區(qū)域的問(wèn)題。 造成這情況的原因：只分段的情況下，線性地址就是物理地址，兩者都是連續(xù)的，不夠靈活，不可能每次都能找到合適的內(nèi)存區(qū)域。而分頁(yè)的話，線性地址需要進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為物理地址，線性地址是連續(xù)的，但是物理地址可以不連續(xù)，這樣的話尋找合適的內(nèi)存區(qū)域時(shí)就很靈活，解決了上述問(wèn)題。

4、分頁(yè)機(jī)制？(基于32位系統(tǒng))

(1)頁(yè)表

分頁(yè)機(jī)制的核心功能是實(shí)現(xiàn)虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)化，如何轉(zhuǎn)化呢？靠的是頁(yè)表將虛擬地址和物理地址建立起映射關(guān)系，有了這映射關(guān)系，便可將虛擬地址轉(zhuǎn)化成實(shí)際的物理地址。 總的思想是：將虛擬地址的高20位視作索引號(hào)，在頁(yè)表中進(jìn)行索引頁(yè)表項(xiàng)，得到物理基址，將其與虛擬地址的低12位偏移地址相加后便得到最后的物理地址。這也是一級(jí)頁(yè)表下虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址的方式，然而一級(jí)頁(yè)表并不適用，一般會(huì)使用多級(jí)頁(yè)表。

(2)頁(yè)目錄項(xiàng)，頁(yè)表項(xiàng)

頁(yè)目錄項(xiàng)和頁(yè)表項(xiàng)的結(jié)構(gòu)以及屬性位簡(jiǎn)介如下：

(3)二級(jí)頁(yè)表及地址轉(zhuǎn)換

二級(jí)頁(yè)表下虛擬地址到物理地址轉(zhuǎn)化的原理與一級(jí)頁(yè)表下轉(zhuǎn)化的原理相同，只是多進(jìn)行了一步轉(zhuǎn)化。具體流程先看圖： 第一步：使用段選擇子去GDT中索引段描述符，“取出”段基址，段部件將段基址與偏移地址相加得到線性地址，也即虛擬地址。 第二步：將虛擬地址的高10位作為索引號(hào)，索引頁(yè)目錄表中的頁(yè)目錄項(xiàng)，具體操作：將虛擬地址高10位乘4加上CR3中的頁(yè)目錄物理地址，得到所要的頁(yè)目錄項(xiàng)的地址，即a+0x44。 第三步：將虛擬地址的中10位作為索引號(hào)索引二級(jí)頁(yè)表中的頁(yè)表項(xiàng)，具體操作：“取出”頁(yè)目錄項(xiàng)中的20位頁(yè)表物理地址，即0x1000。再加上虛擬地址中10位乘4，得到物理頁(yè)地址，即0x1000+0x2344。 第四步：虛擬地址的后12位偏移地址和第三步得到的物理頁(yè)地址相加得到最后實(shí)際的物理地址。如圖中所示：0xfa000+0x567=0xfa567為最后target的物理地址。

以上就是二級(jí)頁(yè)表下地址轉(zhuǎn)化的過(guò)程，三級(jí)乃至多級(jí)頁(yè)表下地址轉(zhuǎn)化的方法都一樣，不過(guò)是多重復(fù)了第三步的操作。

注：分頁(yè)機(jī)制的作用是將虛擬地址轉(zhuǎn)化為物理地址，但在實(shí)際轉(zhuǎn)化的過(guò)程中相當(dāng)于在關(guān)閉分頁(yè)機(jī)制條件下進(jìn)行的。即地址轉(zhuǎn)化的過(guò)程中涉及的地址(CR3中頁(yè)目錄地址，頁(yè)目錄項(xiàng)地址，頁(yè)表項(xiàng)地址)都是實(shí)際的物理地址，不會(huì)被分頁(yè)機(jī)制繼續(xù)轉(zhuǎn)化，否則的話會(huì)無(wú)限遞歸下去。

(4)為什么一級(jí)頁(yè)表不適用？

1個(gè)4B大小的頁(yè)表項(xiàng)指向4K的頁(yè)面，映射整個(gè)4G空間的話需要4G / 4K = 1M 個(gè)頁(yè)表項(xiàng)，因此整個(gè)頁(yè)表大小為4M。一個(gè)進(jìn)程便需要4M大小的頁(yè)表，如果說(shuō)有很多進(jìn)程則會(huì)花費(fèi)許多內(nèi)存來(lái)儲(chǔ)存頁(yè)表。再者這還只是32位的系統(tǒng)，內(nèi)存空間只有2^32^B = 4GB，若是64位系統(tǒng)，則需要 2^64^ / 2^12^ = 252個(gè)頁(yè)表項(xiàng) ，那簡(jiǎn)直不可想象。

(5)多級(jí)頁(yè)表為什么比一級(jí)頁(yè)表省空間？

首先頁(yè)表就是一個(gè)整體，一級(jí)頁(yè)表下4M（32位）的頁(yè)表就是一個(gè)整體，需要全部創(chuàng)建，所以每個(gè)進(jìn)程都要有4M的頁(yè)表，這樣的話頁(yè)表所占用的空間的確很多。 而多級(jí)頁(yè)表只會(huì)為進(jìn)程實(shí)際使用的那部分虛擬內(nèi)存建立頁(yè)表，只用一級(jí)頁(yè)表需要建立所有的頁(yè)表項(xiàng)，而多級(jí)頁(yè)表只建立了需要的頁(yè)表，如此當(dāng)然更省空間。 那為什么多級(jí)頁(yè)表下就只需要建立需要的那部分頁(yè)表呢？ 多級(jí)頁(yè)表相當(dāng)于對(duì)一級(jí)頁(yè)表再次進(jìn)行分頁(yè)，將一張大頁(yè)表拆成了多張小頁(yè)表，以后想用幾張便做幾張，這樣就很靈活而且省空間。 一些操作系統(tǒng)虛擬內(nèi)存管理系統(tǒng)也是這么實(shí)現(xiàn)的，只有某個(gè)虛擬地址需要一張新頁(yè)表來(lái)映射時(shí)，才會(huì)為它分配物理頁(yè)，這就做到了需要才建立的原則，因而比一級(jí)頁(yè)表更省空間。

5、如何建立分頁(yè)機(jī)制？(大致思路)

1、建立初始頁(yè)表，建立頁(yè)表就是建立映射關(guān)系，建立映射關(guān)系就是添加頁(yè)表項(xiàng)。操作系統(tǒng)內(nèi)核的虛擬地址在0xc0000000以上，而最開(kāi)始我們工作的地址是在物理內(nèi)存的低端1M，所以這里的映射關(guān)系為將物理內(nèi)存的低端1M映射到虛擬地址空間的0xc0000000以上。 2、GDT，內(nèi)核棧等等都應(yīng)放在內(nèi)核中，需要修改其地址值，還有一些描述符中的段基址也需要修改，因?yàn)樵瓉?lái)的地址是實(shí)際的物理地址，啟用分頁(yè)后應(yīng)采用虛擬地址。 3、把頁(yè)目錄地址賦給CR3寄存器。 4、將CR0寄存器的PE位置1，開(kāi)啟分頁(yè)機(jī)制。 5、重新加載GDT。

至此便啟用了分頁(yè)機(jī)制，隨后系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的地址都是虛擬地址，需要經(jīng)過(guò)上述圖中所示的轉(zhuǎn)化來(lái)獲得實(shí)際的物理地址。

5、分頁(yè)的缺點(diǎn)？如何解決？

分頁(yè)雖然很靈活，但是需要做多次計(jì)算，多次訪問(wèn)內(nèi)存。每一個(gè)虛擬地址都要重復(fù)上述操作的話，處理器的負(fù)擔(dān)過(guò)重，時(shí)間也花費(fèi)過(guò)多。 如何解決呢？ 利用局部性原理為地址轉(zhuǎn)換建立了一個(gè)高速緩存，TLB，俗稱快表。有了TLB，處理器在尋址之前會(huì)先利用虛擬地址的高20位在TLB中查找相應(yīng)條目，如果命中，則返回虛擬地址所映射的物理頁(yè)地址，否則便去查詢頁(yè)表，找到相應(yīng)物理頁(yè)地址后再更新TLB。

感謝各位的閱讀，以上就是“分頁(yè)機(jī)制建立的方法步驟”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)分頁(yè)機(jī)制建立的方法步驟這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！