【笔记】C_内存分页机制

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1.虚拟内存对应物理地址

虚拟地址与物理地址一一对应。

将地址以2¹²=4K大小分页，即加入4GB的虚拟内存=2²⁰ *2¹² ，即2²⁰ 页。

2.一级页表

把所有的页整合成为一个数组，即这个数组有2²⁰ 个元素，每个元素对应物理地址的相应页地址，每个元素占4字节，即页表大小4MB。
那么物理地址=物理页地址+偏移值。
所以虚拟地址=20的数组下标+12的偏移地址

为什么要这样切割呢？因为页表数组共有 2^20 = 1M 个元素，使用虚拟地址的高20位作为下标，正好能够访问数组中的所有元素；并且，一个页面的大小为 2^12 = 4KB，使用虚拟地址的低12位恰好能够表示所有偏移。

每个元素拥有32位，用高20位映射对应的物理地址的页，另外12位定义页的相关属性。

例如一个虚拟地址 0XA010BA01，它的高20位是 0XA010B，所以需要访问页表数组的第 0XA010B 个元素，才能找到数据所在的物理页面。假设页表数组第 0XA010B 个元素的值为 0X0F70AAA0，它的高20位为 0X0F70A，那么就可以确定数据位于第 0X0F70A 个物理页面。再来看虚拟地址，它的低12位是 0XA01，所以页内偏移也是 0XA01。有了页面索引和页内偏移，就可以算出物理地址了。经过计算，最终的物理地址为 0X0F70A * 2^12 + 0XA01 = 0X0F70A000 + 0XA01 = 0X0F70AA01。

3.两级页表

将2²⁰ 页分割成2¹⁰ *2¹⁰ ，若将其分成1024个页表目录，每个页表目录中含有1024个页表。

即虚拟地址高10位在一个1024个元素的数组中查找页目录，找到这个页目录即一个1024个元素，中间10位在查找到相关页，再加上偏移地址得出物理地址。

例如一个虚拟地址 0011000101 1010001100 111100001010，它的高10位为 0011000101，对应页目录中的第 0011000101 个元素，假设该元素的高20位为 0XF012A，也即对应的页表在物理内存中的编号为 0XF012A，这样就找到了页表。虚拟地址中间10位为 1010001100，它对应页表中的第 1010001100 个元素，假设该元素的高20位为 0X00D20，也即物理页的索引为 0X00D20。通过计算，最终的物理地址为 0X00D20 * 2^12 + 111100001010 = 0X00D20F0A。