深入Linux内核架构—简介和概述（四）

一、页表

用来将虚拟地址空间映射到物理地址空间的数据结构称为页表。实现两个地址空间（虚拟地址空间、物理地址空间）的关联最容易的方法是使用数组，对虚拟地址空间中的每一页，都分配一个数组项。该数组项指向与之关联的页帧（物理内存页），但有一个问题。例如，IA-32体系结构使用4KB页，在虚拟地址空间为4GB的前提下，则需要包含100万项的数组。在64位体系结构上，情况会更糟糕。每个进程都需要自身的页表，因此系统的所有内存都要用来保存页表，这个方法不切实际。

因为虚拟地址空间的大部分区域都没有使用，因而也没有关联到页帧（物理内存页），那么就可以使用功能相同但内存用量少得多的模型：多级分页。

为减少页表的大小并容许忽略不需要的区域，计算机体系结构的设计会将虚拟地址划分为多个部分，如图1-7所示。在例子中，将虚拟地址划分为4部分，需要一个三级的页表。大多数体系结构都是这样的做法。但有一些采用了四级的页表，Linux也采用了四级页表。为简化场景，采用三级页表阐述。

虚拟地址的第一部分称为全局页目录（Page Global Directory，PGD）。