Memory 多级页表如何节省内存空间？

我试图理解多级页表是如何节省内存的。据我所知，多级页表总的来说比单层页表消耗更多的内存

例如：考虑一个内存大小为64KB和32位处理器的内存系统。页面表中的每个条目为4个字节

单级页表：需要16（2^16=64KB）位来表示页偏移量。所以剩余的16位用于索引到页表中。所以

*页面表格的大小=2^16（页面的大小）*4字节（每个页面表格条目的大小）=2^18字节*

多级页面表：对于两级页面表，让我们使用前10个最高有效位索引到一级页面表中。接下来的10位将索引到第二级页表中，该页表具有页码到帧编号的映射。其余12位表示页偏移量

第二级页面表的大小=2^10（#个条目）*4字节（每个条目的大小）=4 KB

所有二级页表的总大小=2^10（二级页表的大小）*4KB（每个二级页表的大小）=4MB

第一级页面表格的大小=2^10（#个条目）*（10/8）字节（每个条目的大小）=1.25 KB

存储一级和二级页表所需的总内存=4 MB+1.25 KB

因此我们需要更多内存来存储多级页表。

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在这种情况下，多级页表如何节省内存空间？

多级页表的一个主要优点是：

首先，将页面表切碎为页面大小的单位；然后，如果整个页面的页面表条目（PTE）无效，则根本不分配该页面的页面表条目

（第20.3节）

因此，页表所需的内存量不是由地址空间的大小决定的，而是由进程正在使用的内存量决定的

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此外，如果物理内存已满，则页表条目页本身可以分页-只有页目录需要始终存在于内存中。

由于Intel land中的内存结构，主要需要多级表

假设您有一个32位系统，您划分地址空间，以便上半部分保留给系统，下半部分保留给用户地址

有了这样一个分区，在每个用户页表中需要2GB的连续页表条目才能到达系统地址

旧的VAX对此有一个简单的方法。它将4GB地址空间划分为4个区域（2个用户，1个系统，一个不可用）。这三个可用区域都有自己的页面表

每个区域都有自己的页面表。因为有一个专用的系统地址空间，所以用户页表可以是虚拟地址，因此它们不需要连续内存

地址转换的第一阶段是查看2个高阶地址位，以选择要使用的页表

Intel land不再使用单独的页表，而是将页表拆分。这减少了以下问题：（1）表需要连续内存；（2） 要求页表跨越整个地址空间；（3） 允许定义可由所有进程共享的内核地址

在单级pagetable中，您甚至需要整个表来访问少量数据（更少的内存引用）。i、 e 2^20页，每个PTE占用您假设的4字节

访问任何数据所需的空间为2^20*4字节=4MB

分页页面是多级分页。在多级分页中，它更具体，您可以在多级组织的帮助下，在2^20个页面中确定您的数据存在的特定页面，并选择它。因此，在这里，您只需要在运行进程时将该特定页放在内存中

在您讨论的2级案例中，您需要第一级pagetable，然后在第二级中需要2^10个pagetable中的1个。 所以 第一级大小=2^10*4字节=4KB 第二级我们只需要2^10页表中的1页，因此大小为2^10*4字节=4KB

现在所需的总大小为：4KB+4KB=8KB

最后一个比较是4MB和8KB。

要补充的是，这里必须强调一个想法：您不需要将整个页面表加载到主内存中，只需要将它加载到您想去的地方。这补偿了您的正确直觉，即多级页表至少需要与单级页表相同的容量（毕竟，您需要存储所有虚拟地址的映射，而不管表样式如何）

还值得注意的是，多级分页实际上是由于希望应用上述原则而产生的（而不是相反，即应用该原则是因为希望使用多级分页）。单级表的条目存储在页面中，在单级模型中，这些页面可能会占用一大块内存；这样，您只需要基址来索引表。然而，现在试着取出你不需要的条目页面：作为一种自然的结果，我们需要一种方法来仍然能够引用所有条目页面，即使它们不再作为一个大的块出现。因此，出现了一个顶级页面表，我们有了多级分页

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现在，只需将我们取出的页面写入磁盘，然后检索它们以供以后使用。这样，如果程序实际上只需要一个最终级别的页表条目，那么我们将整个4MB的条目存储到磁盘中，除了实际需要的4KB+4KB。这节省了大量内存。

所有页表条目不必同时出现在内存中。只有顶级字典，其余的可以交换到磁盘，并在需要时加载和使用（如果有）。因此，（在我看来）节省是因为页面映射占用了适量的内存，而10/8是在计算大小o的过程中完成的