兩級頁表如何實現地址轉換：

• 頁表：是一種特殊的數據結構，記錄著頁面和頁框的對應關系。（映射表）
• 頁表的作用：是內存非連續分區分配的基礎，實現從邏輯地址轉化成物理地址。

1. (1) 按照地址結構將邏輯地址拆成三個部分。
2. (2) 從PCB中讀取頁目錄起始地址，再根據一級頁號查頁目錄表，找到下一級頁表在內存中存放位置。
3. (3) 根據二級頁號查表，找到最終想要訪問的內存塊號。
4. (4) 結合頁內偏移量得到物理地址。

虛擬存儲技術

再解決了頁必須連續存放的問題后，再看如何第二個問題：沒有必要讓整個頁表常駐內存，因為進程一段時間內可能只需要訪問某幾個特定的頁面。
解決方案：可以在需要訪問頁面時才把頁面調入內存——虛擬存儲技術（后面再說）。可以在頁表中增加一個標示位，用于表示該頁表是否已經調入內存。

應用

若采用多級頁表機制，則各級頁表的大小不能超過一個頁面。

舉例說明，某系統按字節編址，采用40位邏輯地址，頁面大小為4KB，頁表項大小為4B，假設采用純頁式存儲，則要采用（）級頁表，頁內偏移量為（）位？

頁面大小 = 4KB，按字節編址，因此頁內偏移量為12位。
頁號 = 40 - 12 = 28位。
頁面大小 = 4KB，頁表項大小 = 4B，則每個頁面可存放1024個頁表項。因此各級頁表最多包含1024個頁表項，需要10個二進制位才能映射到1024個頁表項，因此每級頁表對應的頁號應為10位二進制。共28位的頁號至少要分為3級。

1、 進程的4G 線性空間被劃分成三個部分：進程空間（0-3G）、內核直接映射空間（3G – high_memory）、內核動態映射空間（VMALLOC_START - VMALLOC_END）

2、 三個空間使用同一張頁目錄表，通過 CR3 可找到此頁目錄表。但不同的空間在頁目錄表中頁對應不同的項，因此互相不沖突

3、 內核初始化以后，根據實際物理內存的大小，計算出 high_memory、VMALLOC_START、VMALLOC_END 的值。并為“內核直接映射”空間建立好映射關系，所有的物理內存都可以通過此空間進行訪問。

4、 “進程空間”和“內核動態映射空間”的映射關系是動態建立的（通過缺頁異常）

假設在有三個線性地址 addr1, addr2, addr3 ，分別屬于三個線性空間不同部分（0-3G、3G-high_memory、vmalloc_start-vmalloc_end），但是最終都映射到物理頁面1：

1、 三個地址對應不同的頁表和頁表項

2、 但是頁表項的高 20bit 肯定是1，表示物理頁面的索引號是1

3、 同時，根據高 20 bit，可以從 mem_map[] 中找到對應的 struct page 結構，struct page 用于管理實際的物理頁面（就是實際物理頁面的物理地址了，到這里就不繞彎子了，順便想到高速緩沖的匹配命中操作是用哈希表，換算出的要訪問的實際物理地址拿到哈希表的輸入計算一下哈希值，看看有沒命中）（紅線）

4、 從線性地址最終的，根據頁目錄表，頁表，可以找到物理地址

5、 Struct page 和物理地址之間很容易互相轉換

6、 從物理地址，可以很容易的反推出在內核直接映射空間的線性地址（藍線）。要想得到在進程空間或者內核動態映射空間的對應的線性地址，則需要遍歷相應的“虛存區間”鏈表。

關于頁目錄表：
1、 每個進程有一個屬于自己的頁目錄表，可通過 CR3 寄存器找到
2、 而內核也有一個獨立于其它進程的頁目錄表，保存在 swapper_pg_dir[] 數組中

3、 當進程切換的時候，只需要將新進程的頁目錄把地址加載到 CR3 寄存器中即可

4、 創建一個新進程的時候，需要為它分配一個 page，作為頁目錄表，并將 swapper_pg_dir[] 的高 256 項拷貝過來，低 768 項則清0

linux0.11版本，所有進程共享同一個頁目錄而各自使用不同的頁表，該共享的頁目錄就放在物理地址最前面的4k

標題：Linux系統文件頁表目錄和頁表結構(圖文詳解)

原文作者：玩轉Linux內核，地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/429914858 轉載注明來源