页码和偏移量

Question

页码和偏移量

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我正在学习不同类型的内存管理。我不明白虚拟地址为什么需要偏移位，以及为什么页大小要设为2的幂次方。

我的主要困惑是：请给我一个例子，解释指令中如何使用偏移量来访问某个虚拟地址？
我的第二个困惑是：通常说法是，如果逻辑地址的大小为2^m，而页面大小为2^n，那么逻辑地址的高位 m-n 位用于指定页号。

- user1493786

3个回答

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我喜欢使用GHC类比街道和城市来解释为什么我们需要分页。将内存的字节分组成页面，也使CPU可以处理更大量的内存。

假设给定以下属性：

虚拟地址为32位
页偏移为12位
物理地址为30位
RAM为1GiB

下面是我制作的一个图表，展示了如何使用页面号和页面偏移来寻址内存中的特定单元：

有一个由CPU生成的虚拟地址，由虚拟页号（20位）和页面偏移（12位）组成。

还有一个用于虚拟页号到物理页号映射的页面映射表（另外Dirty位显示页面是否已更改/Resident位显示页面是否常驻存储器中），右侧是内存如何被划分成页面（在图表上以蓝色表示）。

虚拟页号通过20个地址位传递给页面映射表。由于页面号以二进制方式传递，因此具有20个地址位意味着页面映射表最多可以有2^20个记录（因为使用20位可以得到2^20个不同的数字）。这也是页面号为什么是2的幂的原因。

使用pagemap，您可以找到映射到请求的虚拟页面编号的物理页面编号，而页面偏移未被更改。有了物理页面编号和页面偏移量，您就有了物理地址。使用页面编号，您可以进入内存中特定的页面，并使用偏移量进入特定的字节单元。（此外，页面偏移定义了页面大小，因为偏移的12位表示我们可以在页面内寻址2^12 = 4096个单元（在图表上用橙色表示））

在绿色区域中，您可以看到一个示例，其中我们请求具有页面偏移量4095的虚拟页面编号2。根据页面映射，虚拟页面编号2映射到物理页面15，这给出了具有物理页面编号15和偏移量4095的物理地址。（通常，虚拟/物理页面编号和页面偏移量将以十六进制显示，但我使用十进制来简化）

PS：

该示例数据摘自此讲座 - https://www.youtube.com/watch?v=3akTtCu_F_k - 它提供了关于虚拟内存的非常好的概述。

- Viktor Nonov

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我有同样的困惑，但如果我理解正确的话，它就像以下这样：2的幂次方情况略微超出了该主题的一般理解。这更像是一种约定，因为我们正在处理二进制值，并需要适当地对位进行划分，以便2的幂次方适当地适用。

例如，如果一个pGe有64k个单词，每个帧有4个单词，则2 ^ x = 64-> x = 6

这意味着每个帧都可以有一个由6个二进制值组成的物理地址，即0或1，其中4个表示帧号。最后一个表示单词在4个单词中的确切位置。

请注意，这里每个帧都不能有5或任何其他值，否则所谓的约定就失败了。

- Richa Chandra

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可以查看英文原文，
原文链接

- GHC · Accepted Answer

我认为你的主次误解是由于对这个主题的普遍困惑 :)

让我稍微绕一下路，希望我能有所帮助。首先，一个类比 - 想象一下你正在尝试在城市中寻找一栋房子。想象每栋房子都被赋予了一个独特的数字 - 你可以想象房子的数量很快就会变得非常庞大和令人困惑。现在想象一下你引入了街道的概念 - 房屋号码现在变得更加可管理，因为你已经将它们分成了好的块。所以：街道=页面号码，房屋号码=偏移地址。

拥有虚拟内存页的整个目的是允许计算机将内存划分为可管理的块，并且不浪费太多内存。将其划分为块（页面）允许对访问，分页和其他诸如此类的事物进行细粒度控制。您的页面越小，您浪费的内存就越少（如果进程A需要32k的内存，而您的页面大小为64k，则会产生一些未使用的内存），但对系统的开销越高。

至于为什么页面大小是2的幂，这是由于地址内部不浪费空间。由于计算机基于二进制（目前为止），所以一切都往往归结为2的幂次方。想象一下如果你有基于10的因素的东西。十进制中的10是1010 - 你必须使用4位来保存它，那么为什么不选择完整范围的值：0000-1111（0到15 = 16个值）。

抱歉我有点冗长了 - 我希望这可以引导你朝着正确的方向前进！