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2分钟带你精通分页分页实现的三种方式

bigegpt 2024-10-18 04:13 4 浏览

现代操作系统为什么会需要分页呢？我们从前面的知识可知，分段，包含代码段、数据段、堆栈段等等，每个端的大小由GDT或者LDT中段描述符的段界限来确定，这就产生了一个问题：内存不规整，不利于管理，这就产生了碎片。

那怎么解决这个碎片问题呢？将内存规整化，分多大合适呢？分大了用不完，一样产生碎片，分小了，缺页中断次数增加，一样不行。所以Intel采用4K为一个页帧。

那做好了分页之后，要不要存储元数据呢？答案是肯定的，一个好的系统，放入元数据信息越少越好，尽量将内存让给应用程序。Intel认为分页采用4KB最合适，那么此时每次分配的大小都是4KB，我们将物理内存切割为4KB的一个单元，称之为帧。

有了分页之后，如何寻址一个byte呢？

找到这个byte在页帧中的偏移量：2^12 byte = 4KB, 所以需要分出12位来描述偏移量剩下20位
找到这个byte所属的页帧，4GB / 4KB = 2^20 项，由于我们不仅需要描述页帧的偏移量，还要描述页帧的元数据，所以位数肯定需要超过20位，所以可以使用32位来描述一个页帧，其中20位用于标识页帧的基址，其他位用于描述页帧的元数据信息，所以要描述完所有的页帧所需要的内存大小位2^20 * 4Byte(32bit) = 4MB，所以需要4M的内存来描述4GB的页，要用这4M来表示索引下表，要求这4MB必须连续。

一个进程需要4MB来保存页表，那么4GB能支持的进程数4GB/4MB = 1024，那么，4GB内存能支撑的进程数会小于1024，显然这种设计是不合适的。

一个进程真的需要所有的页表吗？显然不是，那是不是可以借助稀疏存储的方式来减少内存的使用呢？答案是肯定，所以二级页表就产生了。

采用二级分页后，总共20bit需要切割为2级分页，那么切多少合适呢？我们知道一级分页太大，常驻内存太大，太小，页二级页表占用的内存太大，不如就一半一半吧，即10位表示一级的索引，10位表示二级的索引。

在这种模式下，通过二级页表需要2^10项，占用的空间大小是2^10 * 4byte = = 4KB, 一级页表需要的空间大小为2^10 * 4byte = 4KB.也就是每个进程只需要4KB+4KB = 8KB远小于4M。我们知道一级页表所有进程都需要，是不是可以共用这4KB呢，答案是肯定的。

内存分页

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