內(nèi)存分頁

分段的好處是能產(chǎn)生連續(xù)的內(nèi)存空間，但是會(huì)出現(xiàn)大量?jī)?nèi)存碎片與內(nèi)存交換效率低的問題

先思考一下怎么解決這兩個(gè)問題，內(nèi)存碎片是由多個(gè)不連續(xù)的小物理內(nèi)存空間造成，如果把這些不連續(xù)的小物理內(nèi)存空間組合起來，是不是解決了這個(gè)問題？同樣的，內(nèi)存交換的時(shí)候我們保證交換的數(shù)據(jù)小，是不是能提高內(nèi)存交換的效率？

這個(gè)辦法就是內(nèi)存分頁，分頁是把整個(gè)虛擬與物理空間切成一段段固定尺寸的大小，這樣一個(gè)連續(xù)并且尺寸固定的空間，我們叫頁，在 Linux 下，每一頁的大小為4KB。（虛擬空間是指存儲(chǔ)一套虛擬地址的空間）

虛擬地址與物理地址是通過頁表來映射，虛擬空間內(nèi)的虛擬地址一定是連續(xù)的，物理地址不一定，但可以通過連續(xù)的虛擬地址把多個(gè)不連續(xù)的物理內(nèi)存組合使用。

而當(dāng)進(jìn)程訪問的虛擬地址在頁表中查不到時(shí)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)缺頁異常，進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)核空間分配物理內(nèi)存、更新進(jìn)程頁表，最后再返回用戶空間，恢復(fù)進(jìn)程的運(yùn)行。

分頁方式是如何解決內(nèi)存碎片與內(nèi)存交換效率慢的問題呢？?jī)?nèi)存碎片的解決：

因?yàn)槭褂脙?nèi)存的單位變成固定大小的頁，所以每個(gè)程序的虛擬空間維護(hù)的也是連續(xù)的頁（虛擬地址），通過頁表再映射到物理內(nèi)存頁，雖然映射的物理內(nèi)存頁不連續(xù)，但是虛擬空間是連續(xù)的，可以讓它們組合起來使用，但這也只能解決外部?jī)?nèi)存碎片問題，沒有解決內(nèi)部?jī)?nèi)碎片問題，因?yàn)槊宽摱加泄潭ù笮?，可能某一頁只使用了部分，依然?huì)造成一些浪費(fèi)。

內(nèi)存交換效率慢的解決：

之前說過，減少交換數(shù)據(jù)的大小，可以提高內(nèi)存交換效率，分頁方式是這樣解決的，如果內(nèi)存空間不夠時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)把其他正在運(yùn)行的進(jìn)程中的「最近沒被使用」的內(nèi)存頁釋放掉，也就是加載到硬盤，稱為換出，一旦需要的時(shí)候再加載進(jìn)來，稱為換入。所以一次性寫入硬盤的也只有一個(gè)頁或幾個(gè)頁，內(nèi)存的交換效率自然就提升了。

分頁方式使加載程序的時(shí)候，不再需要一次性都把程序加載到物理內(nèi)存中。完全可以在進(jìn)行虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存的頁之間的映射之后，并不真的把頁加載到物理內(nèi)存里，而是只有在程序運(yùn)行中，需要用到對(duì)應(yīng)虛擬內(nèi)存頁里面的指令和數(shù)據(jù)時(shí)，再加載到物理內(nèi)存里面去（用大白話說，當(dāng)你需要用到的時(shí)候才會(huì)去使用對(duì)應(yīng)的物理內(nèi)存）。

在內(nèi)存分頁方式下，虛擬地址和物理地址是如何映射的？

在分頁機(jī)制下，每個(gè)進(jìn)程都會(huì)分配一個(gè)頁表，虛擬地址會(huì)分為兩部分，頁號(hào)和頁內(nèi)偏移量，頁號(hào)作為頁表的索引，頁表包含物理頁每頁所在物理內(nèi)存的基地址，頁內(nèi)偏移量+物理內(nèi)存基地址就組成了物理內(nèi)存地址，如下圖所示

就是下面這幾步

頁號(hào)找到頁表中的頁項(xiàng)

獲取頁項(xiàng)的物理頁號(hào)基地址

偏移量+物理頁號(hào)基地址計(jì)算出物理內(nèi)存地址