Linux分页机制

分页机制为传统需求页、虚拟内存系统提供了实现机制

系统中的线性地址比实际的物理地址大的多，所以进行虚拟化线性地址空间，即虚拟存储技术

当使用分页时，每个段被划分成页面（每页通常4KB或者1字节），页面会存储于物理内存或者硬盘上。通过页目录表和页表进行线性地址到物理地址的转换；如果当前被访问的页面不在物理内存中，处理器会中断程序执行（页错误异常），然后操作系统就可以从硬盘把该页面读入物理内存中，并继续执行中断的程序。

分页机制把线性地址和物理地址空间都划分成各个页面，大小相同，并在这两个空间之间提供了任意映射。

当页面大小设置为4KB时，4G（2^32）的线性地址空间被划分成2^20个页面，由4K大小的页面作为一个单元映射，4K对齐，线性地址的低12位就是可以直接作为物理地址的低12位，分页机制可以看作是把线性地址的高20位转换到物理地址的高20位。

在保护模式下，允许线性地址直接映射到大容量的物理内存上，或者间接地映射到较小容量的物理内存和磁盘空间中（虚拟存储）。

页表结构

页表有2^20个表项，每项4Byte，如果是一级存放需要4MB内存，故使用两级结构。线性地址的高20位转换分两步，每步10bits。

第一级称为页目录，存放在1页4KB的页面中，有2^10（1K）个4Bytes长度的表项，来进行索引选择2^10个二级表之一。

第二级称为页表，长度也是一个页面（4KB），每个4Bytes的表项都包含相关页面的20位物理基地址。

寄存器CR3指定页目录表的基地址。

分段与分页，两种不同的地址变换机制，段表存储在线性地址空间，页表存放在物理地址空间。分页使用了固定长度的页面，段的长度通常与存放在其中的代码或者数据结构具有相同的长度，如果仅使用分段地址转换，那么存储在物理内存中的数据结构将包含其所有部分，但如果使用了分页，那么一个数据结构就可以一部分存储在物理内存中，一部分存储在磁盘中。