[转帖]关于内存管理：计算页表大小

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jinanxiaolaohu6 2024-05-27 10:38:32

文章标签 页表地址空间虚拟地址 文章分类 JavaScript 前端开发

memory-management paging

Calculating Page Table Size

我正在阅读页表的示例，发现了这一点：

考虑具有32位逻辑地址空间的系统。如果在这样的系统中页面大小为4 KB(2 ^ 12)，则页面表最多可以包含一百万个条目(2 ^ 32/2 ^ 12)。假设每个条目包含4个字节，则每个进程可能仅对于页表就需要多达4 MB的物理地址空间。

我不太明白这4MB的结果代表什么。它代表实际的页表占用的空间吗？

相关讨论

嗨，感谢您的解释，我无法理解：如果页面大小为2 ^ 12字节，为什么我们不将其转换为类似(2 ^ 12字节= 2 ^ 15位)的位，然后计算除法2 ^ 32(位)/ 2 ^ 15(位)= 2 ^ 17(最大页面数)？为什么要使用字节？
@MukhtarBimurat每个地址都指向内存中的一个完整字节。个别位不可寻址。因此，您可以寻址2 ^ 32个字节。页表是从虚拟地址空间到物理地址空间的映射。但是它不映射单个字节，而是映射为称为页面的块。本示例中的页面大2 ^ 12字节。因此，您的页表需要2 ^ 32/2 ^ 12 = 2 ^ 20项才能映射所有可能的页。

我的解释使用了帮助我理解的基本构建基块。请注意，我利用@Deepak Goyal的答案，因为他提供了明确的信息：

我们获得了逻辑上的32位地址空间(即，我们有一台32位计算机)

Consider a system with a 32-bit logical address space

这意味着每个存储器地址可以是32位长。
换句话说，"一个32位条目可以指向2 ^ 32个物理页面帧之一" [2]，
"一个32位寄存器可以存储2 ^ 32个不同的值"

我们还被告知

each page size is 4 KB

1 KB(千字节)= 1 x 1024字节= 2 ^ 10字节
4 x 1024字节= 2 ^ 2 x 2 ^ 10字节=> 4 KB(即2 ^ 12字节)
因此，每个页面的大小为4 KB(千字节而不是千比特)。

正如Depaak所说，我们使用以下公式计算页表中的页数：

Num_Pages_in_PgTable = Total_Possible_Logical_Address_Entries / page size
Num_Pages_in_PgTable =         2^32                           /    2^12
Num_Pages_in_PgTable = 2^20 (i.e. 1 million)

作者继续说明页表中的每个条目占用4个字节的情况。这意味着物理内存中的页表的总大小将为4MB：

Memory_Required_Per_Page = Size_of_Page_Entry_in_bytes x Num_Pages_in_PgTable
Memory_Required_Per_Page =           4                 x     2^20
Memory_Required_Per_Page =     4 MB (Megabytes)

因此，是的，每个进程至少需要4MB的内存才能运行，以4MB为增量。

例

现在，如果一位教授想让这个问题比书中的解释更具挑战性，那么他们可能会问有关64位计算机的问题。假设他们想要以位为单位的内存。为了解决这个问题，我们将遵循相同的过程，只是要确保将MB转换为Mbit。

让我们逐步看一下这个例子。

纪元：

Logical address space: 64-bit
Page Size: 4KB
Entry_Size_Per_Page: 4 bytes

回想一下：64位条目可以指向2 ^ 64个物理页面框架之一
-由于页面大小为4 KB，因此我们仍有2 ^ 12字节的页面大小

1 KB (kilobyte) = 1 x 1024 bytes = 2^10 bytes
Size of each page = 4 x 1024 bytes = 2^2 x 2^10 bytes = 2^12 bytes

页表中有多少页？

`Num_Pages_in_PgTable = Total_Possible_Logical_Address_Entries / page size
Num_Pages_in_PgTable =         2^64                            /    2^12
Num_Pages_in_PgTable =         2^52
Num_Pages_in_PgTable =      2^2 x 2^50
Num_Pages_in_PgTable =       4  x 2^50 `

每页BITS中有多少内存？

Memory_Required_Per_Page = Size_of_Page_Entry_in_bytes x Num_Pages_in_PgTable
Memory_Required_Per_Page =   4 bytes x 8 bits/byte    x     2^52
Memory_Required_Per_Page =     32 bits                x   2^2 x 2^50
Memory_Required_Per_Page =     32 bits                x    4  x 2^50
Memory_Required_Per_Page =     128 Petabits

[2]：操作系统概念(第9版)-Gagne，Silberschatz和Galvin

假设逻辑地址空间是** 32位，那么逻辑条目的总数可能是2 ^ 32，而另一方面假设每个页面的大小是4个字节，那么一页的大小是* 2 ^ 2 * 2 ^ 10 = 2 ^ 12 ... *
现在我们知道没有。页表中的页数是
pages =可能的逻辑地址条目总数/页面大小
所以页面= 2 ^ 32/2 ^ 12 = 2 ^ 20
现在假设页表中的每个条目占用4个字节，则*物理内存中页表的总大小将为= 2 ^ 2 * 2 ^ 20 = 2 ^ 22 = 4mb ***

由于逻辑地址空间是32位长，这意味着程序大小为2 ^ 32字节，即4GB。
现在我们有4KB的页面大小，即2 ^ 12字节。因此程序中的页面数是2 ^ 20。(程序中的页面数=程序大小/页面大小)现在页面表条目的大小为4字节，因此页表的大小为2 ^ 20 * 4 = 4MB(页表的大小=程序中的页数*页表项的大小)。因此在内存中需要4MB的空间来存储页表。