手把手教你学PCIE--多级页表机制详解：页表项（Page Table Entry, PTE）能够映射一个4KB的页面

最新推荐文章于 2025-07-09 08:00:00 发布
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目录

一、核心原理：页表项的结构与虚拟地址的分解

1. 4KB页面的定义

2. PTE的结构与物理页框号的映射

3. 映射关系的数学推导

二、硬件约束：MMU的设计与地址转换效率

1. 快速地址转换的需求

2. TLB的缓存效率

三、设计权衡：历史兼容性与标准化

1. x86架构的早期设计

2. 操作系统的适配

3. 硬件生态的一致性

总结

一个页表项（Page Table Entry, PTE）能够映射一个4KB的页面，这是由​​计算机体系结构的设计目标、硬件限制及内存管理的效率需求​​共同决定的。以下从技术原理、硬件约束和设计权衡三个维度详细解释：

一、核心原理：页表项的结构与虚拟地址的分解

在x86（及大多数现代CPU）的分页机制中，虚拟地址被划分为两部分：​​页内偏移（Offset）​​和​​页号（Page Number）​​。页表项（PTE）的作用是通过“页号”找到对应的物理页框（Physical Page Frame），再结合“页内偏移”得

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SOC的多级页表机制--多级页表、页表条目（PTE）与物理页（Page）之间关系的​​结构化图示说明
xiaoheshang_123的博客
06-17 125
本文阐述了多级页表与物理页的映射关系。多级页表采用树状结构，从顶级页表（PGD）逐级索引到PTE，最终指向4KB物理页。每级页表由512个8字节条目组成，存储下一级页表或物理页的基地址及标志位。虚拟地址分解为多级索引和页内偏移，通过逐级查询转换为物理地址。关键标志位（如PRESENT、RW等）控制访问权限。这种设计在地址转换效率与内存利用率间取得平衡，同时保障访问安全性和隔离性。
手把手教你学PCIE--多级页表机制详解（5）：四级页表的映射实例详解
MHD0815的博客
07-03 211
本文详细解析了x86-64架构中四级页表(PGD→PUD→PMD→PTE)的虚拟地址到物理地址转换过程。通过示例虚拟地址0x00007FFFFFFFFFFF，逐步演示了MMU如何利用CR3寄存器中的页表基地址，逐级查找PGD、PUD、PMD和PTE表项，最终计算出物理地址0x0000000123400FFF。文章还深入剖析了MMU的关键逻辑，包括页表有效性检查、TLB缓存优化和缺页中断处理机制，揭示了四级页表在实现48位虚拟地址空间、内存隔离和高效内存管理中的重要作用。
操作系统：页表中的页表项
CS实验室
11-15 2410
是操作系统用于跟踪进程使用的虚拟地址与系统内存中相应物理地址之间映射的数据结构。页表项（Page Table Entry，PTE）是页表中的一个条目，用于存储有关特定内存页的信息。每个页表项包含的信息包括内存中页的物理地址、该页是否在内存中、是否可写以及其他访问权限。页表项的大小和格式可能会根据系统的架构和使用的操作系统而有所不同。通常，一个页表项包含足够的信息，以便操作系统能够高效管理内存，并保护系统免于恶意或意外访问内存。
【2021.03.26】PDE、PTE
oalken的博客
03-26 1971
要点回顾 前文简单了解了80x86的 10-10-12 分页机制，本篇文章继续学习。 PDE与PTE CR3：唯一一个存储物理地址的寄存器。 在Windows中，页大小是4KB。在后期会接触到另一种页，有4MB大小，称为大页。 CR3里面存储的地址，指向的是页目录表(PDT)，表中每个成员称为PDE(页目录表项/页目录项)。 页目录表(PDT)中每个成员(PDE)又指向另一张表，该表称为页表(PTT)。 页表(PTT)的大小与页目录表(PDT)一样是4KB，其中存储的成员有1024个，每
总结内存管理数据结构和API
Do one thing at a time, and do well.
07-22 806
思考题： 请画出内存管理中常用的数据结构的关系图，例如mm_strut、vma、vaddr、page、pfn、pte、zone、paddr和pg_data等，并四号如下转换关系。 如何由mm数据结构和虚拟地址vaddr找打对应的VMA？ 如何由page和VMA找到虚拟地址vaddr？ 如何由page找到所有映射的VMA？ 如何由VMA和虚拟地址vaddr找出相应的page数据结构？ page和pfn之间的互换？ pfn和paddr之间的互换？
页表管理
luo359651204lxj282的博客
04-24 1755
在不支持PAE的x86机器上，两层页表已足够。中间页目录（PMD）被定义成大小为1，它在系统初始化时直接映射为全局页目录（PGD），并在编译时间以外的时段进行优化。描述页目录每个进程都有一个指向其自己PGD的指针（mm_struct->pgd），它其实就是一个物理页面帧。该帧包括了一个pgd_t类型的数组。在x86结构中，进程页表的载入是通过把mm_struct->pgd复制到cr3寄存器完成，这种
手把手教你学PCIE--多级页表机制详解（2）：从虚拟地址到物理地址：x86-64四级页表的映射实例详解
MHD0815的博客
07-01 234
本文详细解析了x86-64架构下四级页表（PGD→PUD→PMD→PTE）将虚拟地址转换为物理地址的过程。通过具体实例0x00007FFFFFFFFFFF，逐步演示了从分解虚拟地址位段、逐级查找页表条目到最终计算物理地址的完整流程。文章深入剖析了MMU的关键逻辑，包括页表基地址获取、条目有效性检查、TLB缓存优化和缺页中断处理机制，并阐释了四级页表在实现大地址空间、内存隔离与高效访问方面的意义。该映射过程体现了现代操作系统内存管理的核心机制。
手把手教你学PCIE--多级页表机制详解（7）：PGD表、PUD表、PMD表、PTE表各自能映射的内存范围
MHD0815的博客
06-27 169
理解​​，需要结合多级页表的层级结构、每级页表的条目数，以及每级页表通过条目间接控制的内存范围。
手把手教你学PCIE--多级页表机制详解（4）：PGD表、PUD表、PMD表、PTE表各自能映射的内存范围​​
最新发布
MHD0815的博客
07-09 139
摘要：x86-64四级页表（PGD→PUD→PMD→PTE）中，每级页表4KB，含512个8字节条目。PTE直接映射2MB物理内存（512×4KB）；PMD通过PTE间接映射1GB（512×2MB）；PUD通过PMD映射512GB（512×1GB）；PGD通过PUD覆盖256TB虚拟地址空间（512×512GB），与x86-64的48位虚拟地址空间完全匹配。该层级设计在有限页表级数下实现了大规模内存的高效管理。
linux多级页表结构
Norton的专栏
03-03 4236
linux的页表结构是为了节省地址转换所需要的空间。分为PGD/PUD/PMD/PTE，P代表page，G代表global，D代表目录（Director），U代表上级，M代表中间，T代表Table，E代表Entry。PTE是页表项。他们之间的关系是层级结构，通过PGD访问到最低端的PTE，访问方式是上一层地址+偏移量(offset）。PTE+页内偏移量可以访问到具体的物理地址。 每个进程都有自己
linux内存中的page,pte,alloc_page的flag
faxiang1230的专栏
05-17 3509
内核中关于内存的这几个flag容易混淆,他们的功能相互关联,下面简要总结一下他们的区别,其中的重要flag的用途 页表项的flag:使用页表项的有两个:CPU和MMU,MMU的功能有两个,将虚拟地址转换为物理地址,检查访问权限是否合法,它是arch完全相关的 page的flag:page是物理地址空间管理的元数据,它是纯粹的软件概念,基本是通用的 alloc_page的flag:根据物理内存的稀有程序,它受到区别对待分成了ZONE_DMA,ZONE_DMA32,ZONE_NORMAL,ZONE_HIGH;而
[windows内核]PDE&PTE
r250414958的博客
08-10 3596
Cr3 描述： 在所有的寄存器中，只有Cr3存储的是物理地址，其它寄存器存的都是线性地址 Cr3所存储的物理地址指向了一个页目录表（PDT） 在Windows中，一个页的大小通常为4KB，即一个页可以存储1024个页目录表项（PDE） 下面是手册中的描述在第3卷2.5 CONTROL REGISTERS 物理页结构图: 注意：但其实上面这种结构方式是错误的,这个以后再解释，先这样理解 PDE（页目录表项） 描述： 页目录表（PDT）的每一项元素称为页目录表项（PDE） 每个页目录表项指向一个页表（
保护模式（八）pde与pte、基址、 逆向MmIsAddressValid
weixin_37673331的博客
02-26 1434
Windows保护模式学习笔记（七）—— PDE&PTE 原创 ...
计算机原理（四）
刘森林l的博客
07-03 3183
2. 虚拟存储器   虚拟存储器我们一般也称为虚拟内存（和Windows中的虚拟内存不是一个概念，但是有关联），它的基本思想是： 每个进程都有自己的地址空间；每个地址空间被分为多个块，每个块称为页，每个页有连续的地址空间；这些页被映射到物理内存，但不是所有也都在内存中程序才能运行；当使用的页不在物理内存中时，由操作系统负责载入相应的页；   在实模式下，CPU将偏移地址和段寄存器，基
之四：页面映射中的结构体
stillvxx的专栏
11-14 2416
备注：本文中引用的内核代码的版本是2.4.0。 在前面的文章中，我们介绍了linux页式内存管理，讲到了页面目录PGD、中间目录PMD以及页表PT，本文来看下内核中对应的结构体定义。 一、 页表项pte_t以及相关操作 PGD、PMD以及PT分别是由pgd_t(页面目录项)、pmd_t(中检目录项)以及pte_t(页表项)构成的数组，这些表项（虽然只有32位）被定义成结构体，定义在中：
关于PDE和PTE计算物理地址的问题
lcxlcx1910的博客
03-28 1728
上一篇博客没有讲到这个问题，到多级页表就终止了，这里也算再续前缘~以作业题第四题为例，分享一下不同位机器如何通过PDE和PTE来映射物理内存。首先我们先来回顾下一些基本概念。
Windows保护模式学习笔记（七）—— PDE&PTE
lzyddf的博客
10-18 3540
Windows保护模式学习笔记（七）—— PDE&PTE前言 前言 一、学习自滴水编程达人中级班课程，官网：https://bcdaren.com 二、海东老师牛逼！
linux内存管理笔记(十三）----页表映射
奇小葩
05-07 4118
Linux内核中一般采用的是3级映射模型，第一层是页面目录(PDG)，第二层是中间目录(PMD)，页表(PTE)，其三级映射的框图如下： 对于IMX6UL架构中，可以采用按段来映射，这时候采用的是一级页表，内存中有一个映射段，表中有4096个表项，每个表项大小为4Byte，所以这个映射表的大小为16KB，而且其位置必须是16KB边界对齐，每个段表项可以寻址1MB的大小的地址空间。当CPU访问内存...
linux 内核参数 pte,Linux下通过线性地址得到页表项pte(X86和龙芯2F下）
weixin_33603331的博客
05-12 1512
在Linux中，内核的页面映射机制分为三层，页面目录和页面表中间设有一个“中间目录”。中间目录是为了对64位CPU兼容而设计的。在内核代码中，页面目录称为PGD，中间目录称为PMD，页面表成为PT， PT中的表项称为PTE， 是“page table entry的缩写”。一个进程的线性地址从高位到低位划分为4个段，各占若干位，分别作用为目录PGD中的下标，中间目录PMD的下标、页面表的下标以及物理...
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