分页 - 页面的“内部”究竟是什么？

Question

根据我对虚拟地址转换如何发生的理解（假设是 32 位虚拟地址空间，如在 x86 架构中）：

• 虚拟地址的第 31:22 位指示要访问的正确页目录条目（即页表的对齐物理地址）
• 同样，虚拟地址的位 21:12 指示要访问的正确页表条目（即页本身的对齐物理地址）
• 最后，位 11:0 表示页中的正确偏移量，并且仅附加到最终物理地址的末尾以进行访问

至于物理地址

• 位 31:12 是页面的物理基地址（对齐）（从 PTE 中找到）
• 位 11:0 与虚拟地址中的相同

Visually, this is what happens

我知道 Page 是一块虚拟内存。但从概念上讲，我很难想象页面的实际“内部”是什么。即，如果我要索引到“页面条目”（如果这样的事情甚至有意义），我会得到什么回报？

This post 似乎将此值称为“所需字节”。 “所需字节”到底是什么？我是否过度考虑了 Pages 的功能？

Answer 1

您可以将每个页面视为一个 4096 字节的“数组”。 （在具有 4k 页的 x86 上）。它不是高级语言意义上的“数组”（除非您的程序中碰巧有一个页面对齐的字节数组），但它是一个字节的线性集合，您可以使用偏移量对其进行索引.

来自任何特定地址的单字节加载在特定页面内都有一个偏移量，该偏移量决定了应该加载这 4096 个字节中的哪一个。地址的低 12 位决定了这个偏移量。 （即“页面偏移量”）。

请注意，2^12 = 4096，这就是为什么低 12 位表示地址中页面内的偏移量。

延伸阅读：What Every Programmer Should Know About Memory?

Answer 2

通过阅读您的问题，听起来您的误解是因为您不了解页表条目的格式。

CPU 的内存管理单元 (MMU) 将物理内存划分为一些固定大小的 PAGE FRAMES（通常为 512K 到 1MB）。

操作系统管理 PAGES 内存。页必须与页框大小相同。用户模式进程只看到页面；不是页框。

操作系统维护着提供页面和页面框架之间映射的页面表集。

在逻辑内存系统中，地址中的位由两个位域组成。一个位域标识页面，另一个指定到页面的字节偏移量。

当一个进程访问一个地址时，MMU 将它分成两位字段。然后它使用页面标识符来查找页面映射到页表中的哪个页框。

。即，如果我要索引到“页面条目”（如果这样的事情甚至有意义），我会得到什么回报？

页条目（或页表中的条目）指定物理页框的编号。

[这听起来像是你缺少的部分。]

在您的示例中，您讨论了一个多级页表，但为简单起见，我们假设没有页目录，只有一个页表。

在 32 位系统中，页面条目通常为 32 位，而在 64 位系统上则为 64 位。页面条目的格式因系统而异，但可能有位字段定义：

1. 映射到的页框的索引。
2. 指示条目是否有效的位。
3. 一个位表示相应的页面是否已被写入。
4. 位指定页面的保护。

在您的示例中，您省略了页表条目的格式。

因此，一旦您有了条目，下一步就是从中获取页框。 在您的示例中，这是 4096 字节的数据。

MMU 可以只使用页框索引来识别页面。或者它可以将该值乘以页面大小以获得开始页面的字节。

要获取 4096 中的特定字节，MMU 使用偏移量（在您的示例中为 0:11 位）

MMU 在幕后完成所有这些工作，因此进程永远不会看到它。操作系统的主要工作之一是维护页表和其中的条目。