分页基本原理(linux0.11)

  我们都知道CPU寻址过程是:逻辑地址-(分段)->线性地址-(分页)->物理地址。
  逻辑地址由段选择符和段偏移地址两部分组成；可以通过段选择符在段描述符表中找到段基地址，段基地址+段偏移地址=线性地址。
  在32位CPU架构中，MMU使用的是平坦内存模型，即所有的段基地址都是0，所以逻辑地址可以很容易在分段过程中过渡到线性地址。
 
 

  分页的主要作用就是将线性地址转化为物理地址。
  在linux0.11内核中：
  有1个页目录，共1024目录项（每项4Byte）；
  每1个目录项对应一个页表，共1024个页表项；
  每1个页表项对应一页“物理页内存”，一页物理页4K。
  刚好是32位CPU最大寻址空间1024*1024*4K=4G。
  而linux0.11支持16M的物理=4（目录项）*1024（页表项）*4096K（/页） 。

  分页可以看做是线性地址通往物理地址的一道门，门前的都是32位的线性地址，线性地址=目录项（前10位）+页表项（中间10位）+偏移地址（后12位）组成,  
  目录项（10位，对应1024目录项）
  页表项（10位，对应1024页表项）  “注意，页表项在系统初始化时是空的，当发生缺页操作时，才会填充页表项的值”
  偏移地址（12位，对应4096byte的物理页偏移）
  这样，在寻址时，通过线性地址的前10位定位到某一目录项，通过中间10位定位到此目录项的页表项（对应物理页），通过后12位定位到此页表项中具体物理地址。

 

 

  分页主要用于虚拟化，即在某一时刻，虽然内存只被某一进程使用，但在人的感官中，所有进程共享了内存。就像图书馆（硬盘）里只有1本书（物理内存），但是有10个人（多进程）要看这本书，最好的处理办法就是每个人只能看1天（cycle），第1个人看完之后还回图书馆，第2个人再看，然后第3个人，10天之后，所有人都看了这本书，相对于这10天时间，这本书被所有人共享。分页机制就是利用这种方式将有限的物理内存最大利用化。
   
  同时，分页很好的解决了内存碎片问题（相对于分段、粒度很小），支持了写时拷贝技术、内存和文件映射，有效的交换空间处理等。

   注（图1来自google搜索，图2来自《Linux内核完全注释》）