页表项长度的计算方法

Frame Number – It gives the frame number in which the current page you are looking for is present. The number of bits required depends on the number of frames.Frame bit is also known as address translation bit.

Number of bits for frame = Size of physical memory/frame size

来源:https://www.geeksforgeeks.org/page-table-entries-in-page-table/

用逻辑地址长度求页表项长度的,有一个算一个都是错的

 

### 关于页表和块表地址计算方法及实现方式 #### 页表与块表的概念 在虚拟内存管理系统中,操作系统通过分页机制将逻辑地址映射到物理地址。这一过程中涉及两个重要表格:页表(Page Table)和快表(Translation Lookaside Buffer, TLB),也称为块表。 #### 页表的作用 页表用于记录进程所使用的每一页对应的框架号(Frame Number),即实际存在于RAM中的位置。当CPU执行指令访问某个特定的虚拟地址时,MMU(Memory Management Unit)会先查询该页面是否已经在TLB缓存里;如果命中,则直接获取其对应的实际物理地址并完成数据传输操作;如果没有找到匹配,则需进一步查阅更完整的页表来定位所需资源的位置[^1]。 #### 快表(TLB)的功能 为了提高效率,在现代处理器内部通常设置了一个小型高速缓冲区——TLB,用来保存最近使用过的几条最常用的虚实地址对照关系。每当有新的请求到来时,系统优先尝试在此处寻找目标信息,从而减少因频繁读取较慢速外部存储设备而带来的延迟影响[^2]。 #### 地址转换流程 假设当前正在运行的应用程序试图读写某一段位于用户空间内的变量`var`,此时它持有的只是相对应的线性/虚拟地址VA(Value Address)而非确切的目标所在之处PA(Physical Address): 1. **提取索引部分** 首先从给定的VA中分离出Page Offset作为最终输出的一部分; 2. **查找TLB** 接着利用剩余高位组成的Page Frame Index去检索TLB内是否存在相吻合的数据; 3. **未命中的情况** * 若未能成功发现预期的结果,则转至更大规模但也相对较慢一些的传统形式化结构—多级或多维数组样式的Page Tables继续探索直至获得满意的解答为止; 4. **组合成完整PAs** 将先前保留下来的Offset同新近得到的有效Frame Numbers拼接起来形成真正的可寻址范围,并据此实施下一步动作如加载或更新指定单元格里的内容等。 #### 计算实例 设有一个采用两级分层设计模式下的Linux x86_64架构平台环境,其中各参数设定如下所示: - 页面大小(Size of Page): 4KB (2^12 bytes) - 物理地址宽度(Size of Physical Address Space): 48 bits - 虚拟地址长度(Size of Virtual Address Space): 47 bits - 每个PTE(Page Table Entry)占用8 Bytes的空间 那么对于任意一个有效的VAs而言,可以按照下面的方式来进行解析拆解以及相应的变换处理: ```python def calculate_page_table_entries(virtual_address_space_size=47, page_size_bits=12, pte_size_bytes=8): """ Calculate the number of entries required for a two-level page table. Args: virtual_address_space_size (int): Total size of VA space in bits. page_size_bits (int): Size of each page in bits. pte_size_bytes (int): Size of one PTE entry in bytes. Returns: tuple: A pair containing total pages and total PT entries needed. """ # Calculate how many bits are used as offset within a single page offset_bit_count = min(page_size_bits, 9) # Determine remaining bit count after removing offsets upper_level_index_bit_count = max((virtual_address_space_size - offset_bit_count), 0) # Split into first level index and second level index based on typical sizes fl_idx_len = int(upper_level_index_bit_count / 2) sl_idx_len = upper_level_index_bit_count - fl_idx_len num_pages_per_pte = 2**(page_size_bits-offset_bit_count) pt_entry_count_first_lvl = 2**fl_idx_len pt_entry_count_second_lvl = 2**sl_idx_len*num_pages_per_pte return ((pt_entry_count_first_lvl*pte_size_bytes), (pt_entry_count_second_lvl*pte_size_bytes)) # Example usage with default parameters matching common architectures first_level_size, second_level_size = calculate_page_table_entries() print(f"First Level Page Directory Size: {first_level_size} B") print(f"Second Level Page Table Entries Size: {second_level_size} B") ``` 上述代码展示了如何基于已知条件估算构建一个多层级次序排列的页表所需的总容量需求。这有助于理解不同配置下系统的开销差异及其潜在局限性[^3]。
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