Linux內存管理之分頁機制

前面一篇文章講到邏輯地址到線性地址的轉換，也就是分段機制的實現．分段機制雖然能夠讓程序員方便

地管理程序的各個段，並且可以動態調整段的大小，而且對內存的碎片率也大大減小．但是還是沒有解決

程序大小比物理內存還大的問題，這時候就出現了分頁機制，分頁機制的出現最大的體現就是虛擬內存，虛

擬內存的實現可以讓大的程序裝入內存．分頁機制的實現還導致了部分程序裝入，按需分配內存，代碼共享

等． 根據上圖，邏輯地址通過分段機制變成線性地址，線性地址通過分頁機制變成物理地址。那麼怎麼獎線性

地址轉換成物理地址呢？首先，對於沒有啟用分頁機制的系統（通過一個寄存器的某一個比特判斷）。則直

接把線性地址映射到物理地址，物理地址傳入到地址總線上。若是啟用了分頁機制，CPU會把線性地址進行

拆分。

這裡引入先頁的概念，OS把虛擬內存切割，每部分的大小都是一樣的（一般可以根據硬件指定），每

部分就叫做頁（Page），每張頁都對應物理內存中的頁框（Page Frame，其實就是依次個對應的關係）。

但是線性地址中某個標號為N的頁，在物理內存中標號可以是M（N！=M）。也就說可以每個線性地址頁都

在物理內存中有相對應的頁框。而頁和頁框的對應關係是存在頁表裡面的，這裡可以這樣理解，頁是一個函

系統的輸入，頁框是一個系統的輸出，而頁表就是這個系統．但是一張頁表要處理整整４Ｇ（32位）的大小

，光光這張頁表就需要很大了．所以就引入二級頁表的概念，也可以說成是頁目錄，頁目錄的原理和前面頁

表的作用一樣，只不過頁目錄這個系統的輸入是頁號，而輸出是頁表的地址．

好了，理解了上面的基本概念之後，我們就開始線性地址到物理地址的轉換．對於一個線性地址，前面的10

bits當作頁目錄項，找到頁目錄項後就找到對應的頁表起始地址，根據線性地址的中間後面10bits（頁表的

偏移）＋頁表起始地址，找到物理內存中的頁框地址，內存中的頁框地址＋線性地址低１２位就是實際的

物理地址．

同樣的，上述過程在訪問最終的物理內存之前，要進行兩次內存訪問，兩次查表，效率肯定就低了．現代

計算機會把頁表和頁目錄也用硬件進行緩存，當然是一部分常用的項．

綜上，分頁機制大概就是這麼個流程．