用「页目录」与「页表」，向物理内存索取灵活使用权限！
2023-11-04 18:14:29
各位爱折腾 Linux 的机友们，好久不见，甚是想念！
今天，我们带着一份重磅干货回来啦！没错，就是《Linux从头学》系列的第15篇文章。这次，我们要把目光聚焦在页目录 和页表 上，这两个非常重要的概念。
如果你想在 Linux 系统中更加充分、灵活地使用物理内存，那么理解页目录和页表就变得十分必要。
别担心，我知道这些概念听起来可能有点抽象，但我们已经准备了通俗易懂的图文解说，将这些知识点讲得透透彻彻。
让我们开始吧！
内存分页
内存分页 是指将物理内存按照4KB的单位进行划分，然后通过中间的映射表，把连续的虚拟内存空间，映射到离散的物理内存空间。
之所以要进行内存分页，主要是为了能够更加充分、灵活地使用物理内存。在没有内存分页的情况下，每个进程只能使用连续的一段物理内存空间。这就很容易导致内存碎片化的问题，即物理内存中出现许多小块的未用空间，无法被任何进程所使用。
内存分页 的出现，巧妙地解决了内存碎片化的问题。它将物理内存划分为4KB的页，然后通过页目录和页表将虚拟内存空间映射到这些物理内存页上。这样，即使物理内存中存在许多小块的未用空间，只要这些空间的总和能够满足某个进程的需求，那么这个进程就可以使用这些空间。
页目录和页表
页目录 和页表 都是内存分页机制中的重要组成部分。
页目录 是一个数据结构，它存储着指向页表的指针。页表也是一个数据结构，它存储着指向物理内存页的指针。
当一个进程需要访问某个虚拟内存地址时，会首先查阅页目录，找到对应的页表。然后，在页表中找到指向物理内存页的指针，并访问该物理内存页。
页目录和页表是内存分页机制的核心，它们负责将虚拟内存空间映射到物理内存空间。
页目录和页表如何工作？
页目录 是一个四级数据结构，它位于物理内存的固定位置。每个页目录项（PTE）包含一个指向页表的指针，以及一些标志位。
页表 是一个二级数据结构，它位于物理内存的任意位置。每个页表项（PTE）包含一个指向物理内存页的指针，以及一些标志位。
当一个进程需要访问某个虚拟内存地址时，会首先查阅页目录，找到对应的页表。然后，在页表中找到指向物理内存页的指针，并访问该物理内存页。
为了便于理解，我们来看一个具体的例子。假设某个进程的虚拟内存空间为1GB，物理内存空间为2GB。
这个进程的页目录位于物理内存的固定位置，它包含256个页目录项（PTE）。每个PTE指向一个页表。
每个页表包含1024个页表项（PTE）。每个PTE指向一个物理内存页。
当这个进程需要访问虚拟内存地址0x10000000时，会首先查阅页目录，找到指向页表的指针。然后，在页表中找到指向物理内存页的指针，并访问该物理内存页。
页目录和页表的重要性
页目录和页表是内存分页机制的核心，它们对于现代计算机系统的性能至关重要。
页目录和页表可以提高内存的利用率，减少内存碎片化的问题。
页目录和页表可以提高内存的访问速度，因为它们可以将虚拟内存地址快速映射到物理内存地址。
页目录和页表可以提高内存的安全性，因为它们可以防止进程访问其他进程的内存空间。
结语
以上就是关于页目录和页表的全部内容了。希望大家能够通过这篇文章，对这两个重要的概念有更加深入的理解。
如果您还有其他问题，欢迎随时留言，我们都会一一解答。
感谢阅读！
