操作系统页式储存方式，页，页表，页表项

Posted 2023-03-08 小辣抓

//
//操作系统和计算机组成原理里都讲到内存管理的页式管理，但是本人以及很多初次学习分页的时候，都会迷茫页表大小和页表项大小之间的关系，本人仔细分析了后写了这篇blog，仅当学习交流，个人理解之用，如果有错或者分析不够严谨，欢迎指正。
//按字、图结合起来分析，相信还是比较容易看懂。

//一、首先明确几个概念

逻辑地址：是程序编译后，生成的目标模块进行编址时都是从0号单元开始编址，称之为目标模块的相对地址，即为逻辑地址。

页：将进程划分的块，对应的大小就叫页面大小。

页框：将内存划分的块。

页和页框二者一一对应，一个页放入一个页框，（理论上）页的大小和页框的大小相等。

页表：就是一个页和页框一一对应的关系表。【存放在内存中】 关系表只是起到一个索引的作用，说白了就是能根据关系表能查到某一个页面和哪一个页框所对应。

//

//

//二、用例子说话【例子出现在：《王道考研操作系统》的内存管理部分】

已知条件：逻辑地址32位、页面大小4KB、页表项大小4B，按字节编址。

分析：

1.

​

​ 首先

32

位的虚拟地址可表示的进程大小应该是2^32B = 4GB（暂时别去想页号P占多少位，W占多少位）

​

2.（根据页的定义和页面大小的定义）将进程进行分页：

3.我们已经知道了页面的数目为：2^20页。现在的迷茫点就在于页表项的问题上。

上图在页表上已经给出了几个数据：20位，12位，32位，2^20项。一一解释如下【请结合上图一个一个数据分析】：

​ 2^20项：因为页表的作用是要将页面的页框一一对应起来，所以，每一个页面在页表中都应该有一个页表项：用来表示一个页号对应一页页框号（内存中的块号），故应

​ 该有2^20项。【不应该有问题吧，就好像一个班有50个同学，每个人都应该有一个地址一样】

20位：已经很显然了，需要表示出2^20个页表项，就至少需要20位的地址。为什么只取20位而不是21位，22位呢，本人现在还没想这个问题，就暂时定为恰好取20位即可。

32位：已知条件里告诉了页表项大小为4B，那么自然就应该是32位了。

12位：32位-20位 = 12位。为什么页框号地址为12位，只能表示2^12个页框，要小于2^20个页面呢，因为并不是进程的每一个页面都要调入内存。其实32位、12位、20位这三个数据还是有一定依据的，在二级分页的时候就会发现“哦，原来刚刚好”。此处暂不讨论二级分页。

4.通过上面的分析我们得出了哪些数据：

逻辑地址32位，进程大小：4GB。

页面：大小4KB，数量：2^20页。

页表项：4B，数量：2^20项。所以页表就需要4B*2^20 = 4MB的空间存储（这就是书中说：页表项大小为4MB的由来）进一步，主存的页框大小和页面大小是相等的，也为4KB，所以将页表存在主存就需要占用4MB/4KB = 1024页（因为页表也是存在主存中的，而主存也是按页框划分的。这的确是一种资源浪费，所以就需要建立二级页面，将其大小控制在1页之内，将二级页面存入主存即可）