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多级页表-原理与结构
资料介绍
一、页表的基本概念与单级页表的局限
1.1 分页存储管理基础
分页存储管理是现代操作系统中最常用的内存管理方式之一，其核心思想是将进程的逻辑地址空间划分为多个大小相等的页（Page），同时将物理内存空间划分为与页大小相等的页框（Page Frame，也叫物理块），系统以页为单位将进程的逻辑页分配到不连续的物理页框中，进程执行时通过地址映射将逻辑地址转换为物理地址。
地址映射过程需要依赖页表实现：每个进程拥有一个独立的页表，页表中每个表项（PTE，Page Table Entry）记录了对应逻辑页对应的物理页框号，以及该页的保护位、脏位、存在位等控制信息，CPU的内存管理单元（MMU）通过查询页表完成地址转换。
1.2 单级页表的核心问题
单级页表是最简单的页表结构，将所有页表项连续存放在一片内存区域中，通过逻辑页号直接索引对应表项。但当逻辑地址空间较大时，单级页表会出现两个难以解决的问题：
1. 页表占用内存过大：以32位逻辑地址、4KB页大小为例，进程最多可以有2^32 / 2^12 = 2^20 = 1048576个逻辑页，每个页表项按照4字节计算，整个页表就需要4MB内存。如果是64位系统，页大小仍然是4KB的话，逻辑页数量达到2^64 / 2^12 = 2^52，单级页表的总大小会达到2^52 * 4B = 16PB，这显然不可能在物理内存中存储。
2. 内存浪费严重：绝大多数进程不会用到全部的逻辑地址空间，很多逻辑页从未被分配或访问，单级页表需要为所有可能的逻辑页预留表项，大量闲置表项白白占用内存空间。
为了解决单级页表的上述问题，多级页表的设计应运而生。
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