有人可以解释一下操作系统中的分页吗？

Question

通常，在 32 位 CPU 上，每个页表条目是 4 字节长， 但这个大小也可以变化。 32 位条目可以指向以下之一 2^32 个物理页框。如果帧大小为 4 KB (2^12)，则系统 具有 4 字节的条目可以寻址 2^44 字节（或 16 TB）的物理 记忆。这里要注意的是物理内存的大小 分页内存系统不同于最大逻辑大小 过程。

分页如何使逻辑内存空间大于物理内存空间？ 32 位 CPU 中的总帧数不等于 2^(32-12)=2^20 帧数而不是 2^32 帧数吗？如果是这样，具有 4 字节条目的系统是否不能寻址 (2^20)*(2^12) 字节的内存？

Answer 1

当我们说一个 cpu 是 32-bit 或 64-bit 时，它的意思是它可以分别指向 2^32 或 2^64 个物理页框。现在如果一个页框大小为 4KB (2^12)，那么可以访问的内存总量为 (2^12)×(2^32)=2^44 字节或 16TB

Answer 2

诚然，该文本不是很清楚。我会尝试清除它。

将虚拟地址转换为物理地址时，不会转换固定数量的低位：

+---------------------+----------+
|    High bits        | Low bits |
+---------------------+----------+
         |                  |
         |                  |
         V                  |
   [Page tables]            |
         |                  |
         |                  |
         V                  V
+---------------------+----------+
|        Physical address        |
+---------------------+----------+

低位数字与页面大小相关：如果我们假设 4KiB 页面，那么低 12 位是固定的，不会被翻译。
我们还假设虚拟地址空间是 32 位。

如果页表条目是 32 位长，它可以提供 32 位用作物理地址的高位部分。
因此，在查找页表时，我们有 20 (32 - 12) 位的输入和 32 位的输出。
加上固定部分的额外 12 位，这给出了 32 + 12 = 44 位的物理地址。

更新的图：

        <---------- 32 bits ----------->
        <---- 20 bit -------> <- 12 b -> 
       +---------------------+----------+
       |    High bits        | Low bits |
       +---------------------+----------+
               |                  |
               | 20 bit           |
               V                  |
         [Page tables]            |
               |                  |
               | 32 bit           |
               V                  V
+----------------------------+----------+
|           Physical address            |
+----------------------------+----------+
 <-------- 32 bits ---------> <- 12 b ->
 <------------- 44 bits --------------->

这不是真正的 44 位寻址，但是指针仍然是 32 位。
应用程序只能直接访问 4GiB 的内存，但操作系统可以映射一个 应用到第一个 4GiB，另一个应用到第二个 4GiB，依此类推。

这类似于PAE 在 x86 上的工作方式。

所有页表条目都用于给出物理地址的高位的假设是不正确的。
其中一些位用于设置帧的属性：缓存能力、访问权限、映射状态等。

物理地址的高位称为页框。
页帧的数量由页表条目的结构决定，而不是由虚拟地址空间（也不是物理地址空间）的大小决定。
如果页表条目的帧号为 50 位，则有 2⁵⁰ 个帧。
物理地址的下半部分称为页偏移，它由页大小（或帧大小，它们在设计上是相等的）决定。