虚拟地址如何转换到物理地址

        这里以32位虚拟地址为例。

        我们假设32个比特位都用来编址，那么页表中的条目就是2^32（4,294,967,296）,一个条目大小是4个字节，4*2^32,换算成GB就是16GB，所以如果32位地址都用来编制，一个程序的页表就需要16GB，更何况机器上运行着那么多程序呢。

        所以32位地址被分割成10+10+12，前两个10分别表示一级页表偏移量和二级页表偏移量，二级页表中存放物理页框的地址：

        说一下转换过程，首先一级页表每个程序都有只有一张，一级页表的地址被存放在CR3寄存器中，虚拟地址的前10位表示在一级页表中的偏移，从该地址处读取到某张二级页表存在的位置，第二个10比特位是一个二级页表的偏移量，从相应的位置读取到物理内存中某个页框的位置，最后12位是在页框中的偏移量，通过该地址定位到你要的指令或者数据。

        我们再计算一下多级页表要管理物理内存需要多大的空间，一级页表一个条目32个比特位，4个字节，总共1024个条目，4*1024=4KB，二级页表也按照32位计算，4*1024*1024=4MB，但是要知道，所有的页表都不可能被填满，所以，用总大小小于4MB的页表就能完成虚拟地址到物理地址的映射。

        程序中，一个变量通常是4或者8个字节，当我们取地址的时候，取的实际上是该变量在第一个字节的地址，而数据类型是写给cpu看的，数据类型关键字被会变成一些指令，这些指令被内置在cpu中来确定当我读取数据时应该读取多少个字节。

        当数据第一次被加载到cpu时，它会被放到CPU内部的缓存中，目的是为了暂时保存从内存中加载的数据，访问页表寻址是消耗时间的，缓存的存在就是为了优化cpu频繁访问内存中的同一个数据的情况，并且加载到内存中的不仅仅是你访问的数据，还有该数据上下地址范围内的一些数据（预加载），所以cpu的访问数据的顺序是先去缓存中查找，包括一级缓存二级缓存三级缓存，如果缓存中存放了自己需要的数据，那么就叫做一次命中。

        再说一下线程切换为什么比进程切换的效率要高。当进程切换的时候，对应的是两个程序，每个程序都有自己的数据，进程切换的时候，缓存中的内容也需要切换，将原来缓存中不属于自己的数据逐渐替换为自己程序的数据，整个过程被叫做缓存数据由冷变热。而多个线程由于访问的都是同一个程序的数据，所以线程切换的时候缓存中的数据不需要替换。