复习一下 OS

1、每个程序需要独立的虚拟地址

2、虚拟地址不能一个字节一个字节的管理

一个虚拟内存字节，对应一个物理内存字节，你得建立多少个映射？

所以要按照“块”来管理，这个块就是“页”

虚拟页号 (VPN) 和 物理页号 (FPN) 之间，建立映射

虚拟地址 = 虚拟页号 (VPN) + 页内偏移 (offset)

Linux 一般是 4KB，所以页内偏移是 12 位

物理地址 = 物理页号 PFN + 页内偏移 offset

3、页表、页表项

页表，就是那个记录虚拟页号-->物理页号的 hashmap

一般的 hashmap，它是键值对。但是页表的每一个键值对，起了一个名字，叫做“页表项 (PTE)”

因为它的值，不只是记录物理页号，还会记录 状态和权限。

4、缺页异常 Page Fault

第一种：访问的虚拟地址没有映射。访问 NULL，因为 0 不是 hashmap 的键，所以直接死

第二种：页暂时不在内存里，被 swap 出去了。是因为查到了，但是值里的状态不对。

5、多级页表

这是实际 Linux 的设计架构

我们前面说，它是一个 hashmap，这其实是不对的

因为 hashmap/map 的速度太慢（计算 hash，找 bucket，处理冲突，开放寻址探测等等，不然就是红黑树，都慢）

它这里需要一个，访问次数固定的结构，好预测，所以是数组

如果是数组，那每个进程，都要有一个从 0 一直到 2^页的总个数 的大数组，这太大了

所以多级页表就是 把一个巨大数组切成树状的、按需分配的小数组（硬件友好的稀疏数组）

它是把，页面总个数，拆分成高位，中位，低位，然后 key 的每一段 bit 直接就是位置

所以多级页表确实更慢了，4 级需要读 4 次

稀疏数组确实更好，但是应用层用 hashmap/map，是因为允许比较即可，比如字符串。有时还需要遍历等等。而这个要求键必须固定长度 int。

6、页表缓存 TLB

每次都逐级在多级页表里查，太慢了

而是 CPU 里有一个硬件缓存，记录之前那个 map 的一部分内容

也是解决多级指针连跳的问题

7、每个进程都有自己的页表

不同进程的页表不同，所以相同虚拟地址可以映射到不同物理页

struct mm_struct

页表根指针 虚拟内存区域 VMA 代码段、堆、栈、mmap 区域等信息