原创 写代码的篮球球痴 嵌入式Linux 2020-06-26
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130个
内存大小计算我们拿32位系统来举个栗子
2^32 = 4,294,967,296 bytes
4,294,967,296 bytes / 1024 = 4,194,304 kbytes
4,194,304 kbytes / 1024= 4,096 M
4,096 M /1024 = 4G
物理内存如何分页？分段和分页计算机内存管理的两种方式，这里我只讨论分页。
比如是 4G的内存，我们一个页的大小是 4K，那可以分成多少个页呢？
通过一系列复杂而且不为人知的计算
4,194,304 kbytes / 4 = 1,048,576
所以分页后的物理内存应该是这样排列的
MMU是什么？如果操作系统是一家银行，那MMU就是这家银行的资金仓库管理员，所有要申请资金的人都要通过管理员才能拿到钱。
我们说的MMU就是内存管理单元，所有什么乱七八糟的虚拟地址最后都是都需要经过MMU这个内存管家把虚拟地址转换成物理地址来操作的。
顺便说一句，并不是所有的支票都可以转成钱的，有些也可能是空头支票，操作系统给应用的虚拟内存，这些虚拟内存并不是都能转换成相对应的物理内存的
分页模式下的虚拟地址转换成物理地址对应图
上面分页的问题如果是32的系统，我们4G的内存，分成4KB一个页，那需要多少个页呢？
4,194,304 kbytes / 4 = 1,048,576
我们上面已经计算出来了，如果一个虚拟地址和物理地址的映射关系需要4个字节来存储，那我们需要多少空间呢？
1,048,576 x 4bytes = 4,194,304 bytes /1024 = 4,096 k / 1024 = 4M
就是说我们一个映射关系需要 4M的内存，我们操作系统开一个进程就需要开一个映射表，如果我我们开100个进程就需要400M内存，这样的话，我们的操作系统的内存会非常非常吃紧。
所以，操作系统的开发大牛们就发明了多级页表这个东西，多级页表的作用就是为了省空间，每当读到这里，我每每感叹，自己比别人是笨了多少个等级啊。
为什么需要4个字节来存一个页表项呢？因为是32为地址，一个字节是8位，4个字节刚好是32位，所以就需要4个字节存储页表项。
有人会问，这4K存的是物理地址还是虚拟地址呢？
大家想一下，物理地址的分页在系统启动的时候已经确定好了，物理地址是没有必要分多次的。所以这个存的是虚拟地址。
多级页表然后，大神们就设计出这样的分页方式
多级页表划分我们上面说了，如果只用一级分页的话，导致一个问题是需要的太多的空间来存储映射关系了，那现在改成使用32bit不同的bit来寻址，需要多少内存来存储呢？
2^10 = 1024bytes = 1k
一个页表大小是 4 K ，我们是一个字节一个字节的偏移的，所以一个页我们一定需要 12个bit做偏移来获取页中的具体位置，所以我们必须要留12bits给页表偏移使用。
既然页表偏移使用12bit，那页目录和页表各分到10bits。
1024 * 1024 = 1,048,576
1,048,576 x 4 k = 4,194,304 k
4,194,304 k / 1024 = 4096M = 4G
这样分是不是很牛，计算出来就刚刚好等于 4G 内存
那页表项我们需要多少内存空间呢？页目录一共是 2^10 = 1024 项，每一项代表一个页目录表的编号，一个页目录表我们需要4个字节来表示，所以占用的存储空间应该是 1024 * 4bytes = 4K 大小。
同理页表也是一样，需要4K大小的存储空间
偏移量这个是不需要存储的，我们只要知道了前面两个位置，再加上偏移量，就能准确知道内存的具体位置了
我们把这种分段方式想象成一本书，就很好理解了。比如，我们要在新华字典查某个字的时候，我们需要在目录里面找这个字在哪一页，这个就需要一个页目录表。然后，我们找到确定的页数后，再通过页表找到在哪一行。最后，我们通过偏移量找到这个字跟行首偏移多少个字。
我们这样就能找到确定的字了。
如下图
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