Linux内存管理之分段机制

悠悠 2022-05-15 05:55 210阅读 0赞

[![memory\_man][memory_man]][memory_man]

前面一篇文章讲到逻辑地址到线性地址的转换，也就是分段机制的实现．分段机制虽然能够让程序员方便

地管理程序的各个段，并且可以动态调整段的大小，而且对内存的碎片率也大大减小．但是还是没有解决

程序大小比物理内存还大的问题，这时候就出现了分页机制，分页机制的出现最大的体现就是虚拟内存，虚

拟内存的实现可以让大的程序装入内存．分页机制的实现还导致了部分程序装入，按需分配内存，代码共享

等．

根据上图，逻辑地址通过分段机制变成线性地址，线性地址通过分页机制变成物理地址。那么怎么奖线性

地址转换成物理地址呢？首先，对于没有启用分页机制的系统（通过一个寄存器的某一个比特判断）。则直

接把线性地址映射到物理地址，物理地址传入到地址总线上。若是启用了分页机制，CPU会把线性地址进行

拆分。

这里引入先页的概念，OS把虚拟内存切割，每部分的大小都是一样的（一般可以根据硬件指定），每

部分就叫做页（Page），每张页都对应物理内存中的页框（Page Frame，其实就是依次个对应的关系）。

但是线性地址中某个标号为N的页，在物理内存中标号可以是M（N！=M）。也就说可以每个线性地址页都

在物理内存中有相对应的页框。而页和页框的对应关系是存在页表里面的，这里可以这样理解，页是一个函

系统的输入，页框是一个系统的输出，而页表就是这个系统．但是一张页表要处理整整４Ｇ（32位）的大小

，光光这张页表就需要很大了．所以就引入二级页表的概念，也可以说成是页目录，页目录的原理和前面页

表的作用一样，只不过页目录这个系统的输入是页号，而输出是页表的地址．

好了，理解了上面的基本概念之后，我们就开始线性地址到物理地址的转换．对于一个线性地址，前面的10

bits当作页目录项，找到页目录项后就找到对应的页表起始地址，根据线性地址的中间后面10bits（页表的

偏移）＋页表起始地址，找到物理内存中的页框地址，内存中的页框地址＋线性地址低１２位就是实际的

物理地址．

同样的，上述过程在访问最终的物理内存之前，要进行两次内存访问，两次查表，效率肯定就低了．现代

计算机会把页表和页目录也用硬件进行缓存，当然是一部分常用的项．

[memory_man]: http://www.firefoxbug.net/wp-content/uploads/2012/11/memory_man1.png

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