linux操作系统——页表的深入理解

Posted 2022-02-09 努力学习的少年

               🍎作者：努力学习的少年

 🍎个人简介：双非大二，一个正在自学c++和linux操作系统，写博客是总结知识，方便复习

 🍎目标：进大厂

 🍎 如果你觉得文章可以的话，麻烦你给我点个赞和关注，感谢你的关注！

 

在每一个进程中，每个进程都有自己的虚拟内存空间，该内存空间能使进程与进程之间相互独立，互不影响，当运行一个进程的时候，cpu是先看到进程的虚拟内存上的数据，然后在通过页表的映射关系找到物理内存中代码和数据，而页表就是将虚拟地址和物理地址建立起映射关系。

今天我们要讲的是虚拟地址与物理地址是怎样进行映射的呢。我们以32位linux的操作系统为例。

在32位的平台下，每个地址都是32个字节，那么虚拟内存上就有2^32个虚拟地址，也就是有2^32对映射关系。

假设我们只有一张页表是将虚拟地址和物理地址建立映射关系，那么这张表就有2^32对页表项，每对页表项大约为10个字节，那么这张表就是40个gb，这显然是不可能的，因为物理内存也就才几个g。

然而实际上页表不只有一张，虚拟地址与物理地址的对应方式如下:

为了更好的描述虚拟地址是与物理地址是怎样对应的，我们假设有下面这个虚拟地址。

 首先，虚拟地址的前10个bit位是用来查找一级页表中的对应的页表项，每个一级页表的表项对应的是一张一张的二级页表。一级页对应的表项有2^10个，所以一级页表的大小为2^10x10,为10kb。

一级页表项存储的是二级页表，查完一级页表后，我们就可以找到对应的二级页表，然后我们根据虚拟地址中11~20比特位找到二级页表中的对应的页表项，二级页表的页表项对应的是物理内存中的一个一个的页框，每个物理页框的大小是4个kb，所以通过二级页表和虚拟地址中的11~20的bit位就能找到物理内存中页框。二级页表的也是有2^10个对应关系，所以每一张二级页表的大小也是为10kb。

通过二级页表我们找到物理内存上某一页框后，然后我们在通过虚拟地址的最后12个bit位的找到页框中具体哪一个字节。每个页框的大小是4kb，它是由2^12字节组成，对应每个虚拟地址中的最后12个bit位。这样我们通过页表将虚拟地址和物理地址 一一相对应起来。

 在一级页表中，并不是所有的页表项都有映射关系，如果一级页表中的页表项没有映射关系，那么就不会存在相对应的二级页表，所以最多有2^10张二级页表，一级页表只有一张，因此页表的大小最大也是10*2^10,也就是10mb。

 

接下来我们在补充一个知识点，磁盘上的程序和内存交换是以页框大小进行交互的，编译器在编译生成一个可执行程序的时候，编译器会将可执行程序以页框的大小进行划分，当可执行程序加载到我们的内存时，是以页框为单位加载进我们的内存。

种一颗树最好是十年钱，其次是现在！！！

大家一起加油！！！