二级页表的地址转换

随着计算机技术的不断发展和进步，我们所使用的计算机的存储器容量也越来越大。而要处理这些大容量的数据，我们需要更高效的地址搜索方式。在此背景下，页表的应用已经逐渐普及。页表所负责的任务之一就是虚拟地址到物理地址的翻译。而如果我们讨论多级页表，那么如果能够理解并较为准确地进行地址转换，必然会更有助于我们理解计算机系统的运作。

一、 二级页表的定义及结构

先来看看什么是二级页表。二级页表是多级页表中的一种，实现存储映射的重要机制之一。二级页表将一整个虚拟地址空间分成了多个页，并且在每个页中都采用了多个物理内存页。我们可以将多个页表结构串联在一起，构成一个树形的结构，这样我们就得到了多级页表。二级页表就是其中的一个层次。

二、 二级页表地址的转换

下面来具体探讨一下，如何进行二级页表的地址转换。考虑到在早期讨论过的多级页表机制中，每张页表都不可能将整个物理地址空间映射到虚拟空间。因此每一级页表只能负责部分地址映射。而将多级页表组织在一起，就可以实现在整个虚拟地址空间和物理地址空间之间的多次分段映射。在这种情况下，当CPU进行内存访问时，需要按照虚拟地址寻找页表项，最终得到物理地址。那么我们就把地址转换分为了两个关键步骤。

1.获取页表的页目录项

在获取页表的页目录项时，首先需要利用虚拟地址检索页目录表，这样才能得到一个包含页表项的二级页表。地址转换的流程如下：

将虚拟地址的高10位作为页目录表的索引。

在页目录表中寻找该索引所对应的页目录项。

获得页目录项所对应页表的物理起始地址。

2.获取页表项

接下来，我们需要获得页目录项对应的页表起始地址，根据虚拟地址的中间10位检索页表，最后获取页表项。具体步骤如下：

将虚拟地址中间10位作为页表索引。

在页表中，找出该索引所对应的页表项。

获得页表项中物理页的起始地址。

通过将页内偏移和物理页的起始地址相加，最终得到物理地址。

三、由于发挥了多种措施，二级页表转换的速度得到了提高

在操作系统中，实现多级页表的机制非常常见。然而，地址转换的开销和内存访问的延迟经常成为瓶颈。针对这种情况，CPU开发人员采用了多种方法提高地址转换的速度。下面列举几种常见的策略：

采用快速的页表项缓存技术

使用类似于页面页表缓存之类的技术

从硬件层面优化页表的格式，以提高访问速度

在多级页表中使用大段页表，可以减少大量的页表项，从而为系统节省空间。