最近看了一些頁表的知識，包括 x86中的頁表結構以及二級頁表的思想，對於多級頁表能夠節約記憶體這塊思考了好久，看了好多部落格終於明白了一些，現在把個人理解記錄下來。
一.頁表結構
分頁轉換功能由駐留在記憶體中的表來描述，該錶稱為頁表（page table），存放在實體地址空間中。把物理記憶體分成一塊一塊的大小，其中每一塊稱為乙個頁，那麼頁表可以看作是這些頁的目錄，它可以定位到物理記憶體上某一塊的某乙個儲存單位（1位元組大小）
單頁表結構中將線性位址分為高低兩部分；高位部分用於索引頁表項，由於每乙個頁表項對應物理記憶體的乙個頁，所以高位部分的位數決定了頁的個數；頁表項裡儲存的內容即為它對應頁面的物理（基）位址。低位部分用於檢索對應位址在頁中的偏移量，加上頁面的基位址（高位部分確定）最終形成對應的實體地址。
以x86為例，32位的位址中，如果使用單頁表結構，高位址部分有20位，低位址部分有12位，那麼頁表項就有220個，即對應物理記憶體中的220個頁；同時每個頁的大小為212個儲存單位（1位元組大小），每乙個儲存單位可由12位偏移量確定。所以此時每個頁的大小為212×1位元組=4kb。物理記憶體中的220個頁共有220個×4kb=4gb，即32位的最大記憶體。
頁表中每個頁表項的大小為32位。由於只需要其中的20位來存放頁面的物理基位址，而剩下12位由剛才我們所說的偏移確定，因此剩下的12位可用於存放諸如頁面是否存在等的屬性資訊。這時需要注意的是我們的頁表也要占用一定的儲存空間，而頁表項一共220個，所以共占用空間220個×4位元組=4mb。由於頁表占用空間較大，這才引出了多級頁表的概念。
二.二級頁表
二級頁表的結果如下圖所示：
32位線性位址被分為了3部分，高位的兩部分對應生成了頁目錄和頁表。其實這二者分別對應一級頁表和二級頁表，一級頁表（頁目錄）用於索引二級頁表（頁表）；二級頁表再來索引頁。低位的偏移部分不變，還是用於檢索對應位址在頁中的偏移量，加上頁面的基位址（高位部分確定）最終形成對應的實體地址。
以x86為例，32位的位址中，如果使用二級頁表結構，低中高分別佔12/10/10位，那麼對應於一級頁表裡的頁表項有210個，每個頁表項對應乙個二級頁表，即二級頁表有210個。同理32位位址的12~21這10位對應於每個二級頁表裡的210個頁表項，每個頁表項對應物理記憶體裡的每個頁的基位址。由於每個頁的大小仍為212×1位元組=4kb，每個二級頁表對應210個頁，即210×4kb=4mb物理記憶體。注意現在一共有210個二級頁表，所以全部可以索引的物理記憶體為210×4mb=4gb。和一級頁表是一樣的。
再來看看頁表所佔記憶體。不管是一級頁表的頁表項還是二級頁表的頁表項，都是32位的，所以計算方式為：210個二級頁表×210個二級頁表項×4位元組=4mb，別忘了，還有乙個一級頁表呢！210個一級頁表項×4位元組=4kb。最後比單頁表結構還多了4kb。說好的多級頁表能夠節約記憶體呢？明明多了一塊空間來放置目錄頁啊！
三.為什麼多級頁表可以節約空間
實際上，二級表結構允許頁表被分散在記憶體各個頁面中，而不需要儲存在連續的4mb記憶體塊中。在單頁表結構裡，頁表只有乙個，佔4mb連續記憶體，不管線性位址空間有沒有使用到這麼多頁表項，這個4mb的頁表都是存在的。多級頁表則不同。以二級頁表為例，不需要為不存在的或線性位址空間未使用部分分配二級頁表。雖然目錄表頁面必須總是存在於物理記憶體中，但是二級頁表可以在需要時再分配。例如我們所需要的物理記憶體只有8mb，由上述計算可知，每個二級頁表對應210個頁，即210×4kb=4mb物理記憶體，所以兩個二級頁表就夠了，共占有2×210個二級頁表項×4位元組=8kb，當然了，一級頁表肯定存在，佔210×4位元組=4kb，一共需要12kb。但是單頁表結構裡只有一級頁表，相當於二級頁表結構裡面的目錄頁表，不管需要多少物理記憶體，這個頁表都是佔4mb的，顯然二級頁表結構節約了很大的空間。
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