memory - 确定虚拟内存的页表大小

Question

考虑一个具有 38 位虚拟字节地址、1KB 页面和 512 MB 物理内存的虚拟内存系统。这台机器上每个进程的页表总大小是多少，假设有效位、保护位、脏位和使用位总共占用 4 位，并且所有虚拟页都在使用中？ (假设磁盘地址没有存储在页表中。)

Answer 1

好吧，如果问题只是“页表的大小是多少？”不管它是否适合物理内存，答案可以这样计算:

第一个物理内存。物理内存有 512K 页(512M/1K)。这需要 19 位来表示每一页。将其添加到 4 位会计信息中，您将得到 23 位。

现在是虚拟内存。对于 38 位地址空间和 10 位 (1K) 页面大小，您的页表中需要 2²⁸ 个条目。

因此，23 位的 2²⁸ 个页表条目分别为 6,174,015,488 位或 736M。

这是单级 VM 子系统每个进程所需的最大大小。

现在显然，如果您只有 512M 的物理 RAM，那么这将行不通，因此您有多种选择。

1. 您可以减少物理页面的数量。例如，只允许一半的内存进行分页，而另一半则一直驻留。这将为每个条目节省一点，但不足以产生影响。

2. 增加页面大小，如果可能。 38 位地址空间上的 1K 页是非常厚实的页表的原因。例如，我认为具有 32 位地址空间的 '386 使用 4K 页。这将导致一百万页表条目，远远少于此处所需的 2.6 亿。

3. 多层次。更高级一点，但它基本上意味着页表本身需要分页。您必须将第一级页表保留在物理内存中，但第二级可以根据需要进出。这将大大降低物理要求，但以速度为代价，因为在获取实际进程页面时可能会发生两级页面错误(一级用于辅助分页表，然后一级用于进程页面)。

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让我们仔细看看选项 3。

如果我们允许 32M 用于主页表并给每个条目 4 个字节(32 位:只需要 23 位，但我们可以在这里四舍五入以提高效率)，这将允许 8,388,608 个页用于辅助页表。

由于这些辅助页表页中的每一个都是 1K 长(允许我们以每个 4 字节存储 256 个辅助页表条目)，因此我们总共可以寻址 2,147,483,648 个虚拟页。

这将允许 8,192 个完全加载(即使用它们的整个 28 位地址空间)的进程并排运行，假设您有相当大的磁盘空间来存储非常驻页面。

现在显然主分页表(和 VM 子系统，可能还有相当一部分操作系统的其余部分)必须始终保持驻留。不能允许您调出主要页面之一，因为您很可能需要该页面才能将其带回 :-)

但这只是主分页表 512M 中的 32M 的驻留成本，比(至少对于一个完全加载的进程)的 736M 好得多。