技术来源

• 来源1：来源于服务器中虚拟化feature的实现，不同的程序需要共享一片硬件资源，包括计算资源与存储资源；如何有效且安全的共享存储器就是关键。
• 来源2：消除有限的主存容量对大的程序的限制。远古时代，大的程序需要程序猿手动分块，每块大小不能超过主存容量，并且保证后看的块不会用到之前的块的数据。

最终，主存就相当于是磁盘的“cache”了，并很好的适应了近些年云计算的需求。

一些概念

• 虚拟地址(VA)：CPU发出的地址，用于访问抽象出来的虚拟寄存器的地址；
• 物理地址(PA)：经过转换后的实际地址，会真正用来访问cache/ddr和磁盘的地址；
• 页(page)：可以理解成存储块，主存与磁盘/闪存进行数据搬运的最小单位；
• 页表：用于将CPU的虚拟地址到物理地址的查找表，每个程序（进程）有专有的页表，存于主存中；
• 主存：目前指DRAM阵列，包括DDR和HBM，内部存放的信息包括页表与页；
• TLB：主存中页表的缓存，加速VA到PA的转换，并降低TLB缺失代价；
• 共享内存：每个进程的页表中的页表项对应到主存中的同一个物理页面，即内存共享；

访存流程

这里需要确认一下，这里有两条路：

• 页表的更新
• 数据的更新

有几个确定结论：

• 如果主存中的页表缺失，那TLB一定是缺失的，因为TLB只是一个页表的cache；
• 如果主存中的页表缺失，那么该页在主存中一定也是没有的，
• 是否主存中的页表更新后，主存中的页也会立即进行更新？

多级页表

问题：如果一个页大小为4KB，虚拟地址空间为4GB，那么一个进程产生的页表项为1M，大量进程会使得主存被页表占用。

• 对于一级页表，2²⁰为1M，每个页表项中，物理页号再为20bit，一个程序的页表大小在20Mb
• 对于两级页表，相当于把虚拟页号再细分，一个程序的页表大小约等于(2¹⁰+2¹⁰)*20=40Kb
• 但是这样带来的代价直接代价是VA到PA地址转换变慢。
• 在一级页表中，读取内存中一页内容需要2次访问内存，第一次是访问页表项，第二次是访问要读取的一页数据。但在二级页表中，就需要3次访问内存了，第一次访问页目录项，第二次访问页表项，第三次访问要读取的一页数据。访存次数的增加也就意味着访问数据所花费的总时间增加。

操作系统的内存管理