頁表

圖片來自百度

頁表是一種特殊的數據結構，放在系統空間的頁表區，存放邏輯頁與物理頁幀的對應關係。每一個進程都擁有一個自己的頁表，PCB表中有指針指向頁表。 ^[1]

簡介

分頁系統中，允許將進程的每一頁離散地存儲在內存的任一物理塊中，為了能在內存中找到每個頁面對應的物理塊，系統為每個進程建立一張頁面映射表，簡稱頁表。頁表的作用是實現從頁號到物理塊號的地址映射。

頁表長度就是頁表項的個數。頁表長度=虛存容量/頁面大小。

比如虛存容量為1GB，則虛擬地址是30位，2^30，如頁面大小為4KB(z^12)，則頁表長度是 2^30/2^12=2^18=256K

邏輯地址：CPU所生成的地址。CPU產生的邏輯地址被分為 :p （頁號）它包含每個頁在物理內存中的基址，用來作為頁表的索引；d （頁偏移），同基址相結合，用來確定送入內存設備的物理內存地址。

物理地址：內存單元所看到的地址。邏輯地址空間為2^m，且頁大小為2^n，那麼邏輯地址的高m－n位表示頁號，低n位表示頁偏移。

邏輯地址空間:由程序所生成的所有邏輯地址的集合。

物理地址空間:與邏輯地址相對應的內存中所有物理地址的集合,用戶程序看不見真正的物理地址。

註：用戶只生成邏輯地址，且認為進程的地址空間為0到max。物理地址範圍從R+0到R+max，R為基地址,地址映射－將程序地址空間中使用的邏輯地址變換成內存中的物理地址的過程。由內存管理單元（MMU）來完成。

分頁邏輯地址 =P(頁號).d(頁內位移)

分頁物理地址=f(頁幀號).d(同上)

P = 線性邏輯地址/頁面大小

頁表

圖片來自百度

d= 線性邏輯地址-P*頁面大小

實現從頁號到物理塊號的地址映射。

邏輯地址轉換成物理地址的過程是：用頁號p去檢索頁表，從頁表中得到該頁的物理塊號，把它裝入物理地址寄存器中。同時，將頁內地址d直接送入物理地址寄存器的塊內地址字段中。這樣，物理地址寄存器中的內容就是由二者拼接成的實際訪問內存的地址，從而完成了從邏輯地址到物理地址的轉換。

用固定大小的頁(Page)來描述邏輯地址空間，用相同大小的頁框(Frame)來描述物理內存空間，由操作系統實現從邏輯頁到物理頁框的頁面映射，同時負責對所有頁的管理和進程運行的控制。

一個32位邏輯地址空間的計算機系統，頁大小為4KB，那麼頁表有一百萬條目。假設每個條目占4B，則需要4MB物理地址空間來存儲頁表本身。利用多級頁表，可以減少頁表所占用的空間。

一個邏輯地址(32位系統，頁大小 4K) 可以被分為 :一個20位的頁號 +一個12位的偏移。如果對頁表進行再分頁，那麼頁號分解為:一個10位的頁號 +一個10位的偏移。因此，一個邏輯地址表示如下 :p1 是用來訪問外部頁表的索引, p2 是外部頁表的頁偏移。

此時，兩級32位分頁結構的地址轉換機制如下：

轉換後備緩衝器TLB(translation lookaside buffer)是小、專用、快速的硬件緩衝，只包括頁表中的一小部分條目。如果頁號在TLB中，得到幀號，訪問內存;否則從內存中的頁表中得到幀號，將其存入TLB，訪問內存。

視頻

頁表及頁表項的設計