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摘要：分页机制是实现虚拟存储的关键，但是它的实现比较简单。传统的页都是<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">4K</span></span>大小，当然，在最近的内核中，分页机制因为一些原因而比较繁琐。在这里，我们仅仅浅谈最简单的分页机制，在其他的文章中，我们将讲解现代新<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">linux</span></span>内核中的分页机制。

我们通过设置<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">cr0</span></span>的<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">PG</span></span>位来开启分页机制。页大小是<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">4K</span></span>，并且是<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">4K</span></span>对齐的。线性地址到物理地址的转换中，可能某些线性地址是无效的。如果某个线性地址对应的页不存在，那么访问的时候将产生一个异常。分页和分段最大的不同就是分页是固定大小的。为了减少地址转化需要的总线周期数量，我们使用<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">TLB</span></span>缓存最近使用的页表。

<h1 style="margin: 0px; padding: 0px;"><a target=_blank name="t0" style="color: rgb(202, 0, 0);"></a><span style="font-size: 18px; color: rgb(255, 0, 0);"><span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1.</span></span>页表结构</span></h1>
<h2 style="margin: 0px; padding: 0px;"><a target=_blank name="t1" style="color: rgb(202, 0, 0);"></a><span style="font-size: 18px; color: rgb(255, 0, 0);"><span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1.1</span></span>两级页表结构</span></h2>页表中，每项的大小是<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">32b</span></span>，其中<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">20b</span></span>用来存放页面的物理地址，<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">12b</span></span>用于存放属性信息。

页表含有<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1M</span></span>个表项，每项<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">4B.</span></span>第一级表是页目录，存放在<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1</span></span>页<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">4k</span></span>页面中，含有<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1K</span></span>个表项。第二级是页表，也是<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1K</span></span>个表项。二级页表的查找过程如下图
<img src="http://img.blog.csdn.net/20140219212854015?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvdHJvY2hpbHVzZXM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" style="border: none; max-width: 100%;" />
<h2 style="margin: 0px; padding: 0px;"><a target=_blank name="t2" style="color: rgb(202, 0, 0);"></a><span style="font-size: 18px; color: rgb(255, 0, 0);"><span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">1.2.</span></span>不存在的页表</span></h2>页目录表的每个表项都有一个<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">present</span></span>属性，这个属性可以节省存放页表所需要的空间。另外，这个属性还可以用于在虚拟内存中存放二级页表。这意味着，任何时候只有部分二级页表在物理内存中，其余可以保存在磁盘上。

<h1 style="margin: 0px; padding: 0px;"><a target=_blank name="t3" style="color: rgb(202, 0, 0);"></a><span style="font-size: 18px; color: rgb(255, 0, 0);"><span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">2.</span></span>页表项格式</span></h1>
页表项格式如下图：

<img src="http://img.blog.csdn.net/20140219212909781?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvdHJvY2hpbHVzZXM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" style="border: none; max-width: 100%;" />
其中属性位包含如下信息：
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">P——b0</span></span>，存在位标志
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">R/W——b1</span></span>，读写位标志
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">U/S——b2</span></span>，用户<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">/</span></span>超级用户标志
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">A——b5</span></span>，已经访问标志
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">D——b6</span></span>，脏位标志
<span style="font-family: 'DejaVu Sans Mono', monospace;"><span lang="en-US">AVL——</span></span>保留字段

G:第8b，表示全局页

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">保护模式是否开启，取决于cr0的第0位PG。</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">
</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">有关数据结构;一个页表或者页目录项大小是4B；而开启分页机制以后，存储单元变成了页（不存在说，一部分存储开启了分页机制，另外一部分没有开启分页机制（除非这部分不能通过操作系统访问到））。所以，一个页上含有1024个页表项；一个页目录，对应1K*4K=4M的空间；一个程序有4G的线性地址空间，正好需要1K个页目录来存储，它占用的页表是4M.</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">
</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">另外，页表和页目录表都表项都是32b的，其中地址对应的是20b（第12b清零）。</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">
</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">当页目录或者页表项被修改的时候，对应TLB中的项目也就失效了；当cr3重新加载的时候，所有的TLB都失效了（G标志为1的除外）</span>

<span style="font-size: 14.44444465637207px;">因为页目录基地址是4K对齐的，所以CR3中仅用20b来存储它的基地址。</span>