分頁方式中可以每個進程分配一個頁表嗎

在分頁方式下，每個進程分配一個頁表會有什么問題？

不賣關子了，每個進程分配一個頁表會有空間上的缺陷，因為操作系統(tǒng)上可以運行非常多的進程，那不就意味著頁表數(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，假設一個頁的大小是 4KB（2^12），那么就需要大約 100 萬 （2^20）個頁，每個「頁表項」需要 4 個字節(jié)大小來存儲，那么整個 4GB 空間范圍的映射就要有 4MB 的內存來存儲頁表。

4MB看起來不大，但是數(shù)量上來了就很恐怖了，假設 100 個進程的話，就需要 400MB 的內存來存儲頁表，這是非常大的內存了，更別說 64位的環(huán)境了。

為了解決空間上的問題，在對分頁方式的基礎上，進行優(yōu)化，出現(xiàn)了多級頁表方式

多級頁表

在前面我們知道了，分頁方式在32位環(huán)境下，以每頁4KB來計算，一共有100萬頁，「頁表項」需要 4
個字節(jié)大小來存儲，一個頁表包含100萬個「頁表項」，那么每個進程的頁表需要占用4MB大小，多級頁表要如何解決這種問題呢？

在頁表的基礎上做一次二級分頁，把100萬「頁表項」分為一級頁表「1024個頁表項」，「一級頁表項」下又關聯(lián)二級頁表「1024個頁表項」，這樣一級頁表的1024個頁表項就覆蓋到了4GB的空間范圍映射，并且二級頁表按需加載，這樣頁表占用的空間就大大降低。

做個簡單的計算，假設只有 20% 的一級頁表項被用到了，那么頁表占用的內存空間就只有 4KB（一級頁表） + 20% * 4MB（二級頁表）=0.804MB，這對比單級頁表的 4MB 是不是一個巨大的節(jié)約？

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

全局頁目錄項

上層頁目錄項

中間頁目錄項

頁表項

TBL

多級頁表雖然解決了空間上的問題，但是我們發(fā)現(xiàn)這種方式需要走多道轉換才能找到映射的物理內存地址，經(jīng)過的多道轉換造成了時間上的開銷。

程序是局部性的，即在一段時間內，整個程序的執(zhí)行僅限于程序的某一部分。相應的，執(zhí)行所訪問的存儲空間也局限于某個內存區(qū)域。

操作系統(tǒng)就利用這一特性，把最多使用的幾個頁表項放到TBL緩存， CPU 在尋址時，會先查 TLB，如果沒找到，才會繼續(xù)查常規(guī)的頁表，TLB的命中率其實很高的，因為程序最常訪問的頁就那么幾個。