内存虚拟化之分段、分页、段页机制

分段机制通过引入多个基址和界限寄存器对，将虚拟地址空间分成多个连续定长的区域，如代码、堆和栈。这样，操作系统可以将不同的段放到不同的物理内存地址处，避免了虚拟地址空间中未使用的部分占用内存。分页机制将空间分割为固定长度的分片，称为页。物理内存可以看成是定长槽块的阵列，每个槽块叫做页帧。

通过将代码段（cs）和数据段（ds）寄存器值设为0，Linux实际上仅使用分页，避免了分段，以简化内存管理。RISC架构处理器对分段的支持有限，不使用分段提高了Linux在不同CPU架构上的可移植性。综上所述，分段机制在80*86系列CPU中是必要的存在，但在现代操作系统中，分页机制已取代并简化了内存管理，分段...

分页和分段系统在内存管理上有着相似之处，都采用离散分配方式并通过地址映射机制进行地址转换。然而，它们在概念上存在显著的区别。首先，页作为信息的物理单位，分页的主要目标是实现离散分配，消除内存中的外部零头，提升内存利用率，这是出于系统管理的需要，而非用户直接的需求。相反，段是信息的逻辑单位...

为了进一步优化页表占用的内存空间，引入了多级页表。多级页表将页表分为多个层次，每个层次都代表一个更大的内存空间。在分页机制中，将页表分成页大小的单元，即每个层次表示特定数量的页。通过这种方法，可以去除所有无效区域的页表项，节省内存空间。在多级页表中，页目录项有效，意味着该PDE（page directo...

分页机制的核心是页表，它将物理内存划分为一个个4KB的小段，虚拟地址则分解为页号和偏移地址。现代操作系统几乎都采用了分页机制，如图1-3所示，通过多级页表设计，巧妙地解决了空间效率问题，让每个程序只需关注真正需要的内存区域。多级页表的智慧 多级页表就像一个迷宫，每个层级管理一部分虚拟地址。以...

简言之，分段是对物理内存分段划分，GDT，LDT，IDT是操作系统使用物理内存的参照依据。4。段页保护模式(paging):这是在分段保护模式的基础上，再加上分页功能。把以前的对物理内存的分段改为对虚拟地址空间的分段，把4G的虚拟地址空间分段，段信息仍保存在GDT，LDT，IDT中。然后把物理内存分页，用二级...

现代操作系统对于虚拟内存调度的最小单位是“页”，一般使用4k大小的连续物理空间作为一个内存页。也就是说，页表中所记录的最小单位是4k的页，因此一个虚拟地址可以分为两部分：页地址和页内偏移地址。通常这里需要计算。在了解了分页存储管理的基本概念之后，我们需要了解地址映射的原理。由于操作系统通过...

1 分页机制 在虚拟内存中，页表是个映射表的概念, 即从进程能理解的线性地址(linear address)映射到存储器上的物理地址(phisical address).很显然，这个页表是需要常驻内存的东西, 以应对频繁的查询映射需要(实际上，现代支持VM的处理器都有一个叫TLB的硬件级页表缓存部件，本文不讨论）。1.1 为什么...

内存拓展原理 内存拓展通过各种技术手段来扩展计算机系统的内存容量。其中，最常见的方法包括：虚拟内存：通过将部分数据存储在硬盘上，以释放内存空间，从而扩展可用内存。 内存分页：将内存分割成固定大小的页面，以便在需要时将页面加载到内存中，从而扩展内存。 内存交换：将不常用的数据移动到交换文件中...

分段将物理内存划分为段，而分页将内存划分为固定大小的页。分页解决了内存碎片问题，但需要页表管理，尤其在大内存场景下，多级页表和大页技术被引入以减少内存占用。在Linux系统中，通过MMU和页表，CPU快速转换虚拟地址，而实际查看进程内存使用情况，可以使用top命令，理解其中包含的内存使用指标。