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分页存储管理的基本方法

分页存储管理的基本方法是将进程逻辑空间划分为等额页面，物理内存分割为页框，通过页表建立映射关系，实现逻辑到物理地址的转换

分页存储管理是操作系统中用于内存管理的一种核心技术，通过将进程的逻辑地址空间划分为固定大小的页（Page），并将物理内存划分为相同大小的帧（Frame），实现逻辑地址与物理地址的映射,以下是分页存储管理的详细实现方法与原理：

逻辑页与物理帧
- 逻辑页：进程的地址空间被划分为固定大小的块，称为“页”。
- 物理帧：物理内存被划分为相同大小的块，称为“帧”。
- 映射关系：操作系统通过页表（Page Table）建立逻辑页与物理帧的对应关系。
地址结构
- 逻辑地址分为两部分：
  - 页号（Page Number）：用于索引页表，确定逻辑页对应的物理帧。
  - 页内偏移（Offset）：表示页内的具体地址位置。
- 物理地址 = 物理帧号 × 页大小 + 页内偏移。

地址划分
- 假设页大小为 ( P )（如 4KB），逻辑地址长度为 ( M ) 位，则：
  - 页内偏移占 ( log_2(P) ) 位（如 4KB 对应 12 位）。
  - 剩余高位为页号。
页表建立
- 每个进程对应一个页表，记录逻辑页号到物理帧号的映射。
- 页表项（PTE）的典型字段：
  | 字段名称 | 说明 |
  |—————-|——————————|
  | 物理帧号 | 对应逻辑页的物理帧编号 |
  | 有效位（Valid）| 标记页是否在内存中 |
  | 修改位（Dirty）| 标记页是否被修改过 |
  | 访问权限 | 读/写/执行权限 |
  | 其他属性 | 如缓存禁用、共享标志等 |
地址转换过程
- 步骤：
  1. 从逻辑地址中提取页号和页内偏移。
  2. 通过页号查找页表，获取对应的物理帧号。
  3. 拼接物理帧号与页内偏移，得到最终物理地址。
- 示例：
  - 逻辑地址：0x012345（假设页大小为 4KB，即 ( 2^{12} = 4096 ) 字节）。
  - 页号 = 0x1（0x12345 / 0x1000），页内偏移 = 0x2345。
  - 查页表，若页号 0x1 对应物理帧 0x5，则物理地址为 0x52345。

多级页表
- 问题：单级页表占用连续内存空间，大地址空间会导致页表过大。
- 解决方案：将页表分为多级（如二级或三级），通过分层次索引减少内存占用。
- 示例（二级页表）：
  | 地址结构 | 说明 |
  |——————–|————————–|
  | 一级页号（外页号） | 索引外页表，指向内页表 |
  | 二级页号（内页号） | 索引内页表，指向物理帧 |
  | 页内偏移 | 固定长度（如 12 位） |
快表（TLB, Translation Lookaside Buffer）
- 作用：缓存近期使用的页表项，加速地址转换。
- 流程：
  1. 访问内存时，优先查询 TLB。
  2. 如果命中，直接获取物理帧号。
  3. 如果未命中，则访问页表并更新 TLB。