之前討論了分段和分頁(yè)媚媒，現(xiàn)在看下頁(yè)表的主要涉及的頁(yè)表結(jié)構(gòu)嗜逻。
分層分頁(yè)
大多數(shù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持大邏輯地址空間（2^32 ~ 2^64）。這種情況下缭召，頁(yè)表本身可以非常大栈顷。
例如：假如具有32位邏輯地址空間的一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如果系統(tǒng)的頁(yè)大小為4KB(2^12)嵌巷。那么頁(yè)表可以多達(dá)100萬(wàn)的條目 （2^32/ 2^12)萄凤。假設(shè)某個(gè)項(xiàng)目有4字節(jié)。那么每個(gè)進(jìn)程需要4MB的地址物理地址來(lái)存儲(chǔ)頁(yè)表本身搪哪。顯然靡努，我們并不想在內(nèi)存中連續(xù)分配這么多頁(yè)表。
這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方法就是講頁(yè)表劃分為更小的塊晓折。完成這種劃分方法有很多種惑朦。
最簡(jiǎn)單的方法就是使用兩層分頁(yè)算法，就是將頁(yè)表再分頁(yè)漓概，例如漾月，再次假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，具有32位邏輯地址空間和4K大小的頁(yè)胃珍。一個(gè)邏輯地址被分為20位的頁(yè)碼和12位的頁(yè)偏移梁肿。
因此要對(duì)20位的頁(yè)表進(jìn)行再分頁(yè)，所以該頁(yè)碼可以分10位的頁(yè)碼和10位的偏移觅彰。這樣一個(gè)邏輯地址就會(huì)分為如下表示吩蔑。
其中p1表示的用來(lái)訪問(wèn)外部頁(yè)表的索引，而p2是內(nèi)部頁(yè)表的頁(yè)偏移填抬。采用這種結(jié)構(gòu)的地址轉(zhuǎn)換方法哥纫。由于地址轉(zhuǎn)換有外向內(nèi)，所以這種也稱為向前映射頁(yè)表。
在這種分頁(yè)結(jié)構(gòu)的方案中蛀骇，假設(shè)厌秒，系統(tǒng)是64位系統(tǒng)，那么當(dāng)它的地址空間就有2^64擅憔， 當(dāng)再以4KB作為地址的話鸵闪，那么頁(yè)表就會(huì)2^52個(gè)條目，那么就把頁(yè)表進(jìn)行細(xì)分暑诸，從而形成三級(jí)分層分頁(yè)蚌讼，四級(jí)分層分頁(yè)等等。
為了裝換每個(gè)邏輯地址个榕，74位的系統(tǒng)需要7個(gè)級(jí)別的分頁(yè)篡石，如此多的內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)不可取的，從而分層分頁(yè)在64位的系統(tǒng)并不是最優(yōu)的西采。
哈希頁(yè)表
處理大于32位的地址空間的常用方法是哈希頁(yè)表凰萨，采用虛擬頁(yè)碼作為哈希表值。哈希頁(yè)表的每一個(gè)條目都包括一個(gè)鏈表械馆，該鏈表的元素哈希到同意位置（這表示它們有了哈希沖突）胖眷。每個(gè)元素由三個(gè)字段組成：虛擬頁(yè)碼，映射的幀碼霹崎，指向鏈表內(nèi)下一個(gè)元素的指針珊搀。
該算法的工作如下：虛擬地址的虛擬頁(yè)碼哈希到哈希表。用虛擬頁(yè)碼與鏈表內(nèi)的第一個(gè)元素的第一個(gè)字段相比較尾菇。如果匹配境析，那么相應(yīng)的幀碼（第二個(gè)字段）就用來(lái)形成物理地址。如果不匹配派诬，那么與鏈表內(nèi)的后續(xù)節(jié)點(diǎn)的第一個(gè)字段進(jìn)行比較劳淆。以查找匹配的頁(yè)碼。該方案如圖：
這里書上提到的虛擬頁(yè)碼可以只看作是頁(yè)碼千埃。（之所以叫虛擬頁(yè)碼憔儿，是因?yàn)楦鶕?jù)虛擬內(nèi)存的概念忆植，邏輯地址空間可以比物理地址大放可，所以多出來(lái)的部分被稱為虛擬的，具體介紹會(huì)在下一章提到）朝刊。
已提出用于64位地址空間的這個(gè)方案的一個(gè)變體耀里。
此變體采用 聚簇頁(yè)表類似于哈希頁(yè)表。不過(guò)哈希表內(nèi)的每個(gè)條目引用多個(gè)頁(yè)而不是單個(gè)頁(yè)拾氓。單個(gè)頁(yè)表的條目可以映射到多個(gè)物理幀冯挎。聚簇頁(yè)表對(duì)于 稀疏地址空間特別有用。這里引用的是不連續(xù)的并且散布在整個(gè)地址空間咙鞍。
倒置頁(yè)表
通常房官，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)關(guān)聯(lián)的頁(yè)表趾徽。該進(jìn)程所使用的每個(gè)頁(yè)都在也表中有一項(xiàng)（或者每個(gè)虛擬頁(yè)都有一項(xiàng)）。這種表示方法比較自然翰守，因?yàn)檫M(jìn)程是通過(guò)虛擬地址來(lái)引用頁(yè)的孵奶。然后是操作系統(tǒng)將這些地址轉(zhuǎn)換為物理內(nèi)存地址。
由于頁(yè)表是按照虛擬地址排序的蜡峰，操作系統(tǒng)可計(jì)算所對(duì)應(yīng)條目在頁(yè)表的位置了袁，可以直接使用該值。這種方法缺點(diǎn)就是：當(dāng)每個(gè)頁(yè)表包含百萬(wàn)級(jí)的數(shù)目時(shí)湿颅。會(huì)有性能問(wèn)題载绿，而且需要大量的內(nèi)存來(lái)保存頁(yè)表信息。
解決的方法處理上面的兩種方法外油航，還有一種就是倒置頁(yè)表崭庸。
這里先介紹一個(gè)IBM RT 的倒置頁(yè)表的表示方法：
<pid, 頁(yè)碼， 偏移>
對(duì)于每個(gè)真正的內(nèi)存頁(yè)或者幀劝堪，倒置頁(yè)表只有一個(gè)條目冀自。每個(gè)條目包含保存在真正內(nèi)存位置上的頁(yè)的虛擬地址，以及擁有該頁(yè)的進(jìn)程信息秒啦。具體的過(guò)程如圖：
這里的進(jìn)程的信息就是以前提到的 空間地址標(biāo)識(shí)符（ASID）熬粗。主要原因是由于一個(gè)倒置頁(yè)表通常包含了多個(gè)不同的映射物理內(nèi)存的地址空間。具體進(jìn)程的每個(gè)邏輯頁(yè)可映射相應(yīng)的物理幀余境。
采用倒置頁(yè)表的系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的時(shí)候會(huì)有問(wèn)題驻呐，因?yàn)楣蚕韮?nèi)存的實(shí)現(xiàn)為：將多個(gè)地址空間映射到同一個(gè)物理地址。這種方法芳来，不能用于倒置頁(yè)表含末，因?yàn)槊總€(gè)物理頁(yè)只有一個(gè)虛擬的頁(yè)條目，一個(gè)物理頁(yè)不能有多個(gè)共享的虛擬地址即舌。
Inter 32位與 64 位體系
IA-32架構(gòu)
IA-32 系統(tǒng)的內(nèi)存管理可以分為分段和分頁(yè)兩個(gè)部分佣盒，工作如下：CPU 生成邏輯地址，并交給分段單元顽聂，分段單元為每個(gè)邏輯地址生成 一個(gè)線性地址肥惭。 然后線性地址交給分頁(yè)單元，以生成內(nèi)存的物理地址紊搪。
IA-32分段
IA-32 架構(gòu)允許一個(gè)段的大小最多可以達(dá)到4G蜜葱， 每個(gè)進(jìn)程最多有16K個(gè)段。進(jìn)程的邏輯地址空間分為兩部分耀石。
第一部分最多由8K段組成牵囤，這部分是單個(gè)進(jìn)程私有；
第二部分也是最多由8K段組成，這部分是所有進(jìn)程共享揭鳞。
第一部分保存在局部描述符表（LTD）中炕贵，第二部分保存在全局描述符表(GDT)中，他們的每個(gè) 條目都是8個(gè)字節(jié)野崇，包括一個(gè)段的詳細(xì)信息鲁驶。比如段基地址和段界限。
邏輯地址一般為二元數(shù)組（選擇器舞骆，偏移）钥弯，選擇器是一個(gè)16位的數(shù)：
其中s表示段號(hào)，g表示實(shí)在LTD中還是在GDT中督禽， p表示保護(hù)信息脆霎。
段的尋址過(guò)程為：
IA-32 分頁(yè)
IA-32架構(gòu)的頁(yè)可分為4K，或者4M 狈惫。采用4K的頁(yè)睛蛛，IA-32采用二級(jí)分頁(yè)方法。其中的32位的尋址和表示請(qǐng)參照二級(jí)分頁(yè)算法胧谈。
為了提高物理內(nèi)存的使用率忆肾，IA-32 的頁(yè)表可以被交換存在磁盤。因此菱肖，頁(yè)目錄的條目通過(guò)一個(gè)有效位客冈，以表示該條目所指的頁(yè)表實(shí)在內(nèi)存還是在磁盤上。如果頁(yè)表再磁盤上稳强，則操作系統(tǒng)可通過(guò)其他31位來(lái)表示頁(yè)表的磁盤位置场仲。之后根據(jù)需要調(diào)入內(nèi)存。
隨著軟件開發(fā)人員的逐步發(fā)現(xiàn)退疫，32位架構(gòu)的4GB內(nèi)存限制渠缕，Inter通過(guò)頁(yè)地址擴(kuò)展，以便允許訪問(wèn)大于4GB的物理地址空間褒繁。
引入頁(yè)地址擴(kuò)展亦鳞，主要是將兩級(jí)的分頁(yè)方案擴(kuò)展到了三級(jí)方案， 后者的最后兩位用于指向頁(yè)目錄指針表棒坏。
頁(yè)地址擴(kuò)展使得地址地址空間從32位增加到了36位燕差。Linux和Mac OS X 都支持了這項(xiàng)技術(shù)。
X86-64
X86-64 支持更大的邏輯和物理地址空間俊抵。支持64位的地址空間意味著可尋址的內(nèi)存達(dá)到驚人的2^64字節(jié)谁不。64位系統(tǒng)有能力訪問(wèn)那么多的內(nèi)存坐梯，但是實(shí)際上徽诲，目前設(shè)計(jì)的地址遠(yuǎn)沒(méi)有那么多。
目前提供的x86-64 架構(gòu)的機(jī)器最多采用四級(jí)分頁(yè)，支持48位的虛擬地址谎替。它的頁(yè)面大小可以4KB偷溺，2MB，或者1G钱贯。
ARM 架構(gòu)
雖然Intel的芯片占了大部分的市場(chǎng)挫掏，但是移動(dòng)設(shè)備的架構(gòu)一直采用的是32位ARM的架構(gòu)。現(xiàn)在的iPhone 和iPad 都或得了ARM的授權(quán)秩命。Android的智能手機(jī)也都是ARM的處理器尉共。
ARM支持的頁(yè)面大小：
- 4KB 或者16KB弃锐。
-
1MB 或者16MB的頁(yè)（稱為段）袄友。
系統(tǒng)使用的分頁(yè)取決于所引用的是頁(yè)還是段。
一級(jí)分頁(yè)用于1MB和16MB的段霹菊。 二級(jí)分頁(yè)用于4KB和16KB的頁(yè)剧蚣。
ARM的MMU的地址轉(zhuǎn)換如圖：
ARM地址轉(zhuǎn)換.png
ARM架構(gòu)還支持兩級(jí)TLB（高速緩存）。在外部旋廷，有兩個(gè)微TLB： 一個(gè)用于數(shù)據(jù)鸠按，另一個(gè)用于指令。微TLB也支持 （ASID）進(jìn)程地址空間標(biāo)識(shí)符饶碘。 在內(nèi)部 有一個(gè)主 TLB目尖。 地址轉(zhuǎn)換從微TLB級(jí)開始。如果沒(méi)有找到扎运，那么再檢查主TLB卑雁。如果還沒(méi)找到，再通過(guò)頁(yè)表進(jìn)行硬件查找绪囱。
