虚拟内存系统【多级页表】

我们需要解决 分页引入的一个问题： 页表太大，占用内存过多.

如果我们使用线性页表，假设一个32位的地址空间，页大小为4kB，4字节的页表项(PTE)，一个地址空间中大约有一百万个虚拟页面，再乘以页表项的大小，页表大小为4MB.

往往在系统中我们是由许多进程的，而每个进程都有一个页表，如果有一百个进程，那么仅仅是页表所占空间就达到了400MB，这显然不合理，所以，接下来我们会介绍一种多级页表的技术来解决这个问题.

🏝️1. 考虑使用更大的页

我们可以使用一种简单的方法减小页表的大小：使用更大的页，因为页的大小变大，那么PTE就变少，页表也就随之变小.

以32位地址空间为例：这次我们使用16KB的页，因此，会有18位的VPN（虚拟页号）加上14位的偏移量，假设页表项依然为4字节，这时页表的大小就变成了1MB.

但是，这种方法的问题是：大内存页会导致每页内的浪费，这被称为内部碎片问题（浪费在分配的存储单元内部）. 应用程序分配页，但只使用每页的一小部分，而内存很快就会充满这些过大的页.

🏖️2. 使用段页式管理

📖2.1 为什么采用段页式管理？

段页式管理将分页和分段相结合，以减少页表的内存开销.

我们先来看看典型的线性页表，就能理解这种方法为什么可能有用，假设我们有一个32位的地址空间，在这个地址空间中，我们只使用了很少的部分：

也就是说，在为这个地址空间所建立的页表当中，充满了无效的页表项，浪费了许多空间.

因此在段页式管理中，我们不再为进程的整个地址空间提供单个页表，而是为每个逻辑分段都提供一个，在我们的例子中，提供3个页表：地址空间中的代码段、堆、栈部分各有一个.

在分段中，我们有一个基址寄存器，告诉我们每个段在物理内存中的位置，还有一个界限寄存器，告诉我们该段的大小.

在段页式方案中，我们仍然拥有这些结构，但是，使用基址指向页表的物理地址，界限寄存器指示页表的结尾.