多级页表

为啥要有多级页表

假设系统用单页表，现有32位地址空间、大小为4k的页面、PTE（页表条目）的大小为4B

那内存可以分为2^20 个页,即需要2^20 个PTE,那内存中需要一直存在一个2^20*4B（4MB）的页表

那如果是64位机呢？（因为64位机虚拟地址空间远远大于物理内存大小，所以目前一般只用2^48位或更少的地址空间）

即2^52*4B(16777216G)的页表常驻内存中???

其实页表大小就是内存(可寻址字节数)大小除以页面大小，因为用一个4B的PTE指向了4K的页面,所以页表大小就是虚拟内存大小/2^10 ，即虚拟地址空间越大，页表也随之变大，两者只差2^10倍。

由此可见，单页表在计算机位数较大时是不合适的

• PTE为啥大小为4B呢？

因为地址空间为32位，即32位可以指向虚拟地址空间的任一字节，也就是4B的PTE可以指向任一地址

多级页表

因为单页表大小会随着虚拟地址空间的增加而增加，而为了快速查找页表地址连续，一个页表一次会得到被分配的连续内存（即页表就是页表项数组），所以一个页表如果有一个条目（PTE）在使用,整个页表都会加载在内存中

多级页表其实就是对页表实施分页管理，即内存中只常驻一级页表，一级页表的每个PTE指向一个二级页表的基地址，以此类推，最后一级页表存储物理块号和块内偏移量，因为页和块的大小相等，所以页偏移量和块偏移量相等，只块号不同，即虚拟地址通过查页表就是完成了页号到块号的转换

页表分级后，使用到的虚拟地址空间对应的一系列页表加载到内存中，其他没用到的页表就可以不占用内存，若内存紧张，还可将虽有映射关系但不常用的页表调换到磁盘上，等到需要时再通过缺页中断调回内存中

访问多级页表看起来要花费更多的时间去查表，但实际上因为有TLB(快表)的存在，多级页表的地址翻译并不比单页表慢很多

上面在总结多级页表的查询速度时提到了快表（TLB），正因为有快表的存在才使得多级页表模式下页的查询不会非常慢，因为快表如果缓存了该页的页表项（PTE），MMU会根据快表缓存的物理页号（PPN）计算出物理地址。得到物理地址后，去查高速缓存，若命中则得到数据。在这个过程中：

• 通过快表得到PPN避免了至少一次内存访问
• 通过高速缓存得到数据避免一次内存访问

这就大大加快了计算机获取数据的速度，弥补了多级页表查询速度上的不足

快表

集成在cpu内部的一个独立的硬件缓冲区，是cpu的缓存。快表中存储的是页表中最常用的一些页表项（PTE）中的物理页号（PPN）。当cpu访问一个VA（虚拟地址）时，首先通过VA中的VPN（虚拟页号）分为两部分在TLB中查找，若命中，则获得物理页号，否则就得去页表逐级查找。

此处应有图->快表->va划分
找不到好的画图工具，图见csapp第九章，574页

高速缓存

位于cpu内部，分为很多组，每组又分为多块，块中存储页内给定偏移量的数据（1B）

高速缓存图，574页

其实地址翻译就是将虚拟页号转换成物理页号，因为页的大小和块的大小相同，所以其偏移量也相同。在查快表时，VA中的偏移量部分发送至高速缓存去定位目标值，所以当快表命中时，得到的PPN直接可以和高速缓存中查到的块的标志位进行比较，如果相同，则高速缓存命中，否则通过PPN和PPO合成的PA去访问内存获取数据

高速缓存的标志位就是PPN（物理页号），用来判断是不是要找的物理页，因为高速缓存通过偏移量（VPO）定位，即找到的数据只能确定是这个偏移量的数据，但不知道是哪个块的，只有等到快表中查出的PPN和高速缓存中查到的标志位比对后，才能判断是否缓存命中

未解决的问题

为啥。。。哦明白了突然想通啊哈哈哈

[已解决 ] 原问题：VPN和VPO都是一串二进制为啥不都用VPN找快表和高速缓存

一个VPN对应很多VPO,即VPN相同VPO不同，

• 大部分书和博客的页表项都含有页块号(,ppn)，但是他俩就是对应位置的数组下标，还有必要存吗?csapp的意思好像是不用存。?