分頁方式中可以每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁表嗎

在分頁方式下，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁表會(huì)有什么問題？

不賣關(guān)子了，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁表會(huì)有空間上的缺陷，因?yàn)?a target="_blank">操作系統(tǒng)上可以運(yùn)行非常多的進(jìn)程，那不就意味著頁表數(shù)量非常多！

1B（Byte 字節(jié)）=8bit， 1KB （Kilobyte 千字節(jié)）=1024B， 1MB （Megabyte 兆字節(jié)簡稱“兆”）=1024KB， 1GB （Gigabyte 吉字節(jié) 又稱“千兆”）=1024MB

以32 位的環(huán)境為例，虛擬地址空間范圍共有 4GB，假設(shè)一個(gè)頁的大小是 4KB（2^12），那么就需要大約 100 萬 （2^20）個(gè)頁，每個(gè)「頁表項(xiàng)」需要 4 個(gè)字節(jié)大小來存儲(chǔ)，那么整個(gè) 4GB 空間范圍的映射就要有 4MB 的內(nèi)存來存儲(chǔ)頁表。

4MB看起來不大，但是數(shù)量上來了就很恐怖了，假設(shè) 100 個(gè)進(jìn)程的話，就需要 400MB 的內(nèi)存來存儲(chǔ)頁表，這是非常大的內(nèi)存了，更別說 64位的環(huán)境了。

為了解決空間上的問題，在對分頁方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化，出現(xiàn)了多級頁表方式

多級頁表

在前面我們知道了，分頁方式在32位環(huán)境下，以每頁4KB來計(jì)算，一共有100萬頁，「頁表項(xiàng)」需要 4
個(gè)字節(jié)大小來存儲(chǔ)，一個(gè)頁表包含100萬個(gè)「頁表項(xiàng)」，那么每個(gè)進(jìn)程的頁表需要占用4MB大小，多級頁表要如何解決這種問題呢？

在頁表的基礎(chǔ)上做一次二級分頁，把100萬「頁表項(xiàng)」分為一級頁表「1024個(gè)頁表項(xiàng)」，「一級頁表項(xiàng)」下又關(guān)聯(lián)二級頁表「1024個(gè)頁表項(xiàng)」，這樣一級頁表的1024個(gè)頁表項(xiàng)就覆蓋到了4GB的空間范圍映射，并且二級頁表按需加載，這樣頁表占用的空間就大大降低。

做個(gè)簡單的計(jì)算，假設(shè)只有 20% 的一級頁表項(xiàng)被用到了，那么頁表占用的內(nèi)存空間就只有 4KB（一級頁表） + 20% * 4MB（二級頁表）=0.804MB，這對比單級頁表的 4MB 是不是一個(gè)巨大的節(jié)約？

接著思考，在二級的基礎(chǔ)上是不是又可以繼續(xù)分級呢，能分二級，必然也能分三級、四級，在64位操作系統(tǒng)是做了四級分頁，分為了四個(gè)目錄，分別是

全局頁目錄項(xiàng)

上層頁目錄項(xiàng)

中間頁目錄項(xiàng)

頁表項(xiàng)

TBL

多級頁表雖然解決了空間上的問題，但是我們發(fā)現(xiàn)這種方式需要走多道轉(zhuǎn)換才能找到映射的物理內(nèi)存地址，經(jīng)過的多道轉(zhuǎn)換造成了時(shí)間上的開銷。

程序是局部性的，即在一段時(shí)間內(nèi)，整個(gè)程序的執(zhí)行僅限于程序的某一部分。相應(yīng)的，執(zhí)行所訪問的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)內(nèi)存區(qū)域。

操作系統(tǒng)就利用這一特性，把最多使用的幾個(gè)頁表項(xiàng)放到TBL緩存， CPU 在尋址時(shí)，會(huì)先查 TLB，如果沒找到，才會(huì)繼續(xù)查常規(guī)的頁表，TLB的命中率其實(shí)很高的，因?yàn)槌绦蜃畛ＴL問的頁就那么幾個(gè)。