[OS]Three Easy Pieces Chapter 18

Paging: Introduction

1 Overview

每个进程都有一个自己的页表(Page table)，用来进行虚拟地址到物理地址的转换。

虚拟地址分为两部分，虚拟页号（Virtual Page Number，VPN）和内页偏移（offset）。

MMU根据页表，将VPN转换为对应的物理页号（Physical Page Number，PPN），然后将PPN和offset组合，获得实际的物理地址。

2 Where Are Page Tables Stored?

对于常见的地址空间（32位，页大小4KB），VPN是20位，offset是12位。这意味着我们需要$2^{20}$个页表项（page table entry），如果每个页表项是4字节，那么每个进程为了进行地址转换，需要4MB的空间。因此，通常，将页表防止在内存中，而不是在某些芯片上的硬件中。

3 What’s Actually In The Page Table?

页表就是一个负责将VPN转换为PPN的数据结构。最简单的实现方式是数组，OS用VPN作为索引，取得对应的PTE，然后取得对应的PPN。

valid bit

该位用来标识一个地址转化是否有效。

protection bits

用来标识某页是否可读，可写，可执行等。

present bit

用来标识某页是在物理内存中，还是在磁盘中。主要是为了支持交换技术。

dirty bit

用来标识某页是否被修改过。

reference bit（accessed bit）

用来标识某页是否被访问过。主要是为了支持页替换。

4 Paging: Also Too Slow

注意到，每次访存之前，都必须进行一次额外的访存，找到对应的PTE完成地址转换，然后才能访问实际的内存。