操作系统页表映射困惑

Question

最近在学操作系统，关于内存管理页表映射存在疑惑。
虚拟地址通过多级页表映射成物理地址，页表是一个树形结构，比如2级页表，每个页表2^10个页表项，那么是不是一个顶级页表对应2^20个物理页？如果给每个进程都分配一个不同的顶级页表，那么每个进程相当于都对应2^20*4KB=4GB的物理内存？即使它并没有完全使用这些物理内存，别的进程也无法使用，因为它们的顶级页表不一样，所映射的物理地址也不会相同？我觉得我还是理解不了，崩溃了

Answer 1

中午好🌞🌞🌞
本答案参考ChatGPT-3.5

对于你关于页表映射的疑惑，我来为你解答。

首先，虚拟地址通过页表映射到物理地址是一个多级的过程。每个级别的页表项大小由硬件决定，一般是4字节或8字节。例如，2级页表中，每个页表项大小为4字节，那么一个顶级页表中会有2^10个页表项。

接下来，我们来解答你的问题：

1. 是不是一个顶级页表对应2^20个物理页？ 拿2级页表来说，一个顶级页表项指向一个二级页表。因此，一个顶级页表最多可以映射2^10个二级页表，如果每个二级页表也有2^10个页表项，那么一个顶级页表可以对应2^20个物理页。

2. 如果给每个进程都分配一个不同的顶级页表，那么每个进程相当于都对应2^20*4KB=4GB的物理内存？ 每个进程拥有自己的页表，通过页表映射将虚拟地址转换成物理地址。对于2级页表来说，一个进程的顶级页表可以映射2^20个物理页，每个物理页大小为4KB，因此可以映射4GB的物理内存。但需要注意的是，这只是当前进程能够访问的物理内存的范围，并不代表全部物理内存。

3. 即使它并没有完全使用这些物理内存，别的进程也无法使用，因为它们的顶级页表不一样，所映射的物理地址也不会相同？ 每个进程有自己独立的页表，因此它们的虚拟地址空间和物理地址空间是相互独立的，完全不同的进程可以映射同样的虚拟地址到不同的物理地址。这也表示如果一个进程并没有使用全部的物理内存空间，其他进程仍然可以使用这部分未使用的物理内存。

综上所述，页表映射是一种将虚拟地址转换成物理地址的机制，每个进程拥有独立的页表，根据页表映射关系来访问物理内存。只有在自己的地址空间范围内才能访问具体的物理内存。其他进程拥有不同的页表，映射的物理地址也不会相同。希望这能够解决你的困惑。