硬件视角看段页式存储

题记

一直认为，段页式存储是一个软件概念，将软件分为各个不同的段来进行管理，通过划分页面进行内存分配，使用实际的物理内存空间。

今天一个同事提到了硬件的段页式管理的概念，感觉这个角度很好，以前从来没考虑过还能从这个角度去想段页式管理的问题，所以将他的描述整理记录下来。

MIPS的段页式管理

从硬件实现上来看，MIPS的虚拟地址空间分成个几个不同的段，以MIPS32为例，包含useg，kseg0，kseg1，kseg2和kseg3。其中kseg0和kseg1是kernel umap，不需要经过TLB转换，其它几个段需要经过TLB转换。

因此，可以认为MIPS32从硬件设计上就为段页式管理提供了方便，当只想使用段的映射方式，不使用页面的时候，可以使用kseg0和kseg1，因为这两个段直接由硬件实现了虚拟地址到物理地址的转换，不需要再额外的划分页面。

当需要使用段页式（TLB映射）的方式使用内存空间时，可以使用useg和kseg2、kseg3，通过TLB映射来配置不同大小的也，将虚拟地址根据页大小，映射到不同的物理地址上进行使用。

结束语

不同的硬件架构在硬件实现上对段页式的实现可能有所不同。例如MIPS同时包含了段和段页式两种地址使用方式，而RISC-V则略有不同。RISC-V在M态时，是完全的段式管理，而在S态时，可以通过配置SATP寄存器的模式，在完全的段式管理和段页式（走TLB）两种形式间进行切换。