在分頁(yè)方式下，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁(yè)表會(huì)有什么問(wèn)題？

不賣關(guān)子了，每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)頁(yè)表會(huì)有空間上的缺陷，因?yàn)?a target="_blank">操作系統(tǒng)上可以運(yùn)行非常多的進(jìn)程，那不就意味著頁(yè)表數(shù)量非常多！

1B（Byte 字節(jié)）=8bit， 1KB （Kilobyte 千字節(jié)）=1024B， 1MB （Megabyte 兆字節(jié)簡(jiǎn)稱“兆”）=1024KB， 1GB （Gigabyte 吉字節(jié) 又稱“千兆”）=1024MB

以32 位的環(huán)境為例，虛擬地址空間范圍共有 4GB，假設(shè)一個(gè)頁(yè)的大小是 4KB（2^12），那么就需要大約 100 萬(wàn) （2^20）個(gè)頁(yè)，每個(gè)「頁(yè)表項(xiàng)」需要 4 個(gè)字節(jié)大小來(lái)存儲(chǔ)，那么整個(gè) 4GB 空間范圍的映射就要有 4MB 的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)頁(yè)表。

4MB看起來(lái)不大，但是數(shù)量上來(lái)了就很恐怖了，假設(shè) 100 個(gè)進(jìn)程的話，就需要 400MB 的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)頁(yè)表，這是非常大的內(nèi)存了，更別說(shuō) 64位的環(huán)境了。

為了解決空間上的問(wèn)題，在對(duì)分頁(yè)方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化，出現(xiàn)了多級(jí)頁(yè)表方式

多級(jí)頁(yè)表

在前面我們知道了，分頁(yè)方式在32位環(huán)境下，以每頁(yè)4KB來(lái)計(jì)算，一共有100萬(wàn)頁(yè)，「頁(yè)表項(xiàng)」需要 4
個(gè)字節(jié)大小來(lái)存儲(chǔ)，一個(gè)頁(yè)表包含100萬(wàn)個(gè)「頁(yè)表項(xiàng)」，那么每個(gè)進(jìn)程的頁(yè)表需要占用4MB大小，多級(jí)頁(yè)表要如何解決這種問(wèn)題呢？

在頁(yè)表的基礎(chǔ)上做一次二級(jí)分頁(yè)，把100萬(wàn)「頁(yè)表項(xiàng)」分為一級(jí)頁(yè)表「1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)」，「一級(jí)頁(yè)表項(xiàng)」下又關(guān)聯(lián)二級(jí)頁(yè)表「1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)」，這樣一級(jí)頁(yè)表的1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)就覆蓋到了4GB的空間范圍映射，并且二級(jí)頁(yè)表按需加載，這樣頁(yè)表占用的空間就大大降低。

做個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，假設(shè)只有 20% 的一級(jí)頁(yè)表項(xiàng)被用到了，那么頁(yè)表占用的內(nèi)存空間就只有 4KB（一級(jí)頁(yè)表） + 20% * 4MB（二級(jí)頁(yè)表）=0.804MB，這對(duì)比單級(jí)頁(yè)表的 4MB 是不是一個(gè)巨大的節(jié)約？

接著思考，在二級(jí)的基礎(chǔ)上是不是又可以繼續(xù)分級(jí)呢，能分二級(jí)，必然也能分三級(jí)、四級(jí)，在64位操作系統(tǒng)是做了四級(jí)分頁(yè)，分為了四個(gè)目錄，分別是

全局頁(yè)目錄項(xiàng)

上層頁(yè)目錄項(xiàng)

中間頁(yè)目錄項(xiàng)

頁(yè)表項(xiàng)

TBL

多級(jí)頁(yè)表雖然解決了空間上的問(wèn)題，但是我們發(fā)現(xiàn)這種方式需要走多道轉(zhuǎn)換才能找到映射的物理內(nèi)存地址，經(jīng)過(guò)的多道轉(zhuǎn)換造成了時(shí)間上的開銷。

程序是局部性的，即在一段時(shí)間內(nèi)，整個(gè)程序的執(zhí)行僅限于程序的某一部分。相應(yīng)的，執(zhí)行所訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間也局限于某個(gè)內(nèi)存區(qū)域。

操作系統(tǒng)就利用這一特性，把最多使用的幾個(gè)頁(yè)表項(xiàng)放到TBL緩存， CPU 在尋址時(shí)，會(huì)先查 TLB，如果沒(méi)找到，才會(huì)繼續(xù)查常規(guī)的頁(yè)表，TLB的命中率其實(shí)很高的，因?yàn)槌绦蜃畛ＴL問(wèn)的頁(yè)就那么幾個(gè)。