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简单例子

页表存在哪里

列表中究竟有什么

分页：也很慢

内存追踪

小结

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在解决大多数空间管理问题上面，操作系统有两种方法：

第一种就是将空间分割成不同长度的分片，类似于虚拟内存管理中的分段，但是这个方法存在一个问题，就是当长时间之后，因为碎片化的空间，导致后面的分配会存在问题。

第二种方法：将空间分割成固定大小的分片，这被称为分页。因为是固定大小，所以也就解决了上面存在的问题，每个分片被称为一页，同样，在物理内存中，奖定长槽块的阵列，叫做页帧。

简单例子

在这里首先划分出64字节的虚拟空间，然后再有128字节的物理空间地址，可以看出，在物理空间中有一部分是给操作系统保留的，通过分页的方法，可以分成大小相同的页，然后在获取或者是保存的时候，可以随机拿出来，不需要有特定的顺序，所以大大的提高了灵活性。

然后为了方便记录地址空间的每个虚拟页在物理内存中的位置，每个进程都有一个数据结构，被称为页表，这个页表可以用来虚拟页到地址之间的转换。

接下来通过完成一个地址转换的例子，说明整个流程。

因为是64字节，所以虚拟地址需要6位（2^6=64）。Va5 是虚拟地址的最高位，Va0 是最低位。因为我们知道页的大小（16 字节），

所以可以进一步划分虚拟地址

                                     

每个页的大小是16字节，在64字节中一共有4个页，那前两位的虚拟页号就是用来判断的，后面的偏移量是用来确定该页的哪个字节。

假设加载的虚拟地址是21，二进制也就是010101

01也就是页号，后面的就是字节处。然后检索页表，找到虚拟页1所在的物理页面，然后进行替换，将这个地址发送给物理内存，获取数据。这里的偏移量是不需要发生改变的。

                        

页表存在哪里

在实际中，以经典的32位为例，是4KB的页，虚拟内存被分为20位的VPN和12位的偏移量。那也就是为每个进程管理2^20个地址转换，如果每个页表格条目需要4字节来保存信息，那算下来每个页表就是要4MB，这个是比较大，如果是100个进程，那你就无法想象你的机器是怎样的。

所以将每个进程的页表存储在内存中（在后面会更加详细）

列表中究竟有什么

页表的结构，页表就是将虚拟地址（或者实际上，是虚拟页号）映射到物理地址（物理帧号）。任何的数据结构都是可以采用的，最简单的就是数组，将两个号一一对应，然后通过所以查找页表项（PTE），后面会介绍到高级的结构。

对于每个PTE有什么位，是需要了解的

• 有效位：通常用于指示特定地址转换是否有效。在进程中，由于中间空间是没有被使用的，所以标记为无效。如果访问的话，会陷入操作系统。

• 保护位：表明页是否可以读取、写入或执行。

• 存在位：表示该页是在物理存储器还是在磁盘上（即它已被换出，swapped out）。

• 参考位（访问位）：用于追踪页是否被访问，也用于确定哪些页很受欢迎，因此应该保留在内存中。

               

分页：也很慢

在上面中了解了页表，那接下来就具体看一下怎么获取数据，如果执行：movl 21, %eax

想要获取数据，系统首先要将虚拟地址转化的物理地址。所以，在获取数据前，系统要在进程的页表中拿到页表项没然后进行转换，最后在加载数据。

要运行这个过程，那硬件必须知道运行的进程的页表的位置。假设一个页表基址寄存器（page-table base register）包含页表的起始位置的物理地址。

那怎么操作呢？比如是：0x30，（二进制11000），为了拿到VPN，右移4位，得到4。假如虚拟地址是21（二进制010101），将其转化为010000，然后移位变成01，，然后在使用这个值作为页表机制寄存器指向PTE数组的索引。

那接下来就可以利用页表项获取物理帧号了，最后和偏移量结合，形成物理地址。

最后就可以拿到数据，放入到寄存器里面。这里面整个过程是比较复杂的。所以有时候运行起来也是比较慢的。

内存追踪

书中讲的很复杂，也就是为了体现出整个内存管理的复杂性，在后面可以使用mmap的底层原理来讲解这些知识。

小结

在这里首先讲了分页的知识，理解了为什么使用分页，之前的分段技术存在什么问题。在后面了解了分页的一些基础性原理。知道了需要有强大的机器去支持这个机制， 如果不小心考虑的话，分页会导致较慢的机器（有许多额外的内存访问来访问页表）和内存浪费（内存被页表塞满而不是有用的应用程序数据）