虚拟地址如何转换为后备存储上的物理地址？

Question

我们有地址转换表来将进程的虚拟地址 (VA) 转换为其在 RAM 中的相应物理地址，但如果该表没有任何 VA 条目，则会导致页面错误并且内核转到后备存储（通常是硬盘）并获取相应的数据并更新 RAM 和地址转换表。所以我的问题是操作系统如何知道与后备存储中的 VA 对应的地址是什么？它有一个单独的翻译表吗？

Answer 1

我认为您的问题答案是关于中断表的问题。 缺页是一种软件中断，操作系统必须对这个中断有一些解决方案。而解决方案的代码已经在操作系统内核中，那段代码地址就在中断表上。所以发生了缺页， os 会去那段代码把未映射的页面放到物理内存中。

Answer 2

一个进程从分配虚拟内存开始。当程序开始实际寻址虚拟内存地址时，最终会导致页面错误。操作系统知道内存访问是有效的。因为它是显式分配的。

所以没有什么坏处，操作系统只是将虚拟机地址映射到物理地址。

如果页面错误是针对以前未请求为有效 VM 地址的地址，则处理器将发现该地址没有页表条目。而是会在您的程序中引发 GP 错误、AccessViolation 或段错误。 Kaboom，程序结束。

Answer 3

没有直接的相关性，至少不是你想象的那样。

操作系统将虚拟和物理 RAM 以及交换空间（后备存储）和映射文件划分为页面，最常见的是 4096 字节。

当您的代码访问某个地址时，该地址始终是页面内的虚拟地址，该地址可以是在内核中有效、未访问有效、在内核外有效或无效。操作系统可能在其书籍中具有其他属性（例如“已写入”），但在这里它们与我们无关。

如果页面在核心，那么它有一个物理地址，否则它没有。当换出并再次换入时，理论上相同的页面可以很好地落在内存的不同物理区域中。类似地，内存（虚拟或物理）中某个其他页面之后的页面可能在交换文件或内存映射文件中的该页面之前之前。对此没有任何保证。

因此，没有将虚拟地址转换为后备存储中的物理地址这样的事情。只有从虚拟地址到页面的转换可能暂时具有物理地址。在最简单的情况下，“翻译”意味着除以 4096，当然其他方案也是可能的。

此外，每次您的代码访问内存位置时，都必须将虚拟地址转换为物理地址。 CPU 内部有专门的逻辑来完全自动地进行这种转换（对于“热”页面的非常小的子集，通常只有 64 个），或者以硬件辅助的方式，这通常涉及或多或少的查找层次结构复杂。
这也是一个错误，但它是你看不到的。您看到的唯一错误是操作系统没有有效页面（或由于某种原因无法提供），因此无法将物理地址分配给要翻译的虚拟一个。

当您的程序请求内存时，操作系统会记住某些页面是有效的，但它们还不存在，因为您从未访问过它们。

第一次访问页面时，会发生错误，并且很明显它的地址不在转换表中（怎么可能，它不存在！）。因此，操作系统会查看它的书籍，并且（假设页面是有效的）它要么从磁盘加载页面，要么分配零页面的地址。

操作系统会作弊，并且所有零页都是相同的写保护零页，直到您实际写入它（此时，发生错误，您被秘密重定向到不同 物理内存区域，你也可以写入。

否则，如果您没有保留内存，操作系统会发送一个信号（或等效的，Windows 称之为“异常”），除非处理，否则它将终止您的进程。

出于多种原因，操作系统稍后可能会决定从您的工作集中删除一个或多个页面。这通常不会立即删除它们，而是使它们成为被交换（对于非映射数据）或丢弃（对于映射数据）的候选，以防需要更多内存。当您再次访问其中一个页面中的地址时，它要么被重新添加到您的工作集中（可能会推出另一个），要么从磁盘重新加载。

在任何一种情况下，操作系统需要知道的只是如何将您的虚拟地址转换为某种页面标识符（例如“页框号”），以及该页面是否驻留（以及位于哪个地址）。

Answer 4

这是特定于操作系统的，但许多实现与内存映射文件功能共享逻辑（因此匿名页面实际上是页面文件的内存映射视图，标记以便在取消映射时可以丢弃内容而不是刷新）。

对于 Windows，大部分内容都记录在案 here, on the CreateFileMapping page