有人可以解释一下操作系统中的分页吗？

Question

Frequently, on a 32-bit CPU, each page-table entry is 4 bytes long, but that size can vary as well. A 32-bit entry can point to one of 2^32 physical page frames. If frame size is 4 KB (2^12), then a system with 4-byte entries can address 2^44 bytes (or 16 TB) of physical memory. We should note here that the size of physical memory in a paged memory system is different from the maximum logical size of a process.

分页如何让逻辑内存space多于物理内存space？ 32 位 CPU 中的总帧数不等于 2^(32-12)=2^20 帧数而不是 2^32 帧数吗？如果是这样，是不是具有 4 字节条目的系统能够寻址 (2^20)*(2^12) 字节的内存？

Answer 1

诚然，该文本不是很清楚。我会尝试清除它。

将虚拟地址转换为物理地址时，不会转换固定数量的低位：

+---------------------+----------+
|    High bits        | Low bits |
+---------------------+----------+
         |                  |
         |                  |
         V                  |
   [Page tables]            |
         |                  |
         |                  |
         V                  V
+---------------------+----------+
|        Physical address        |
+---------------------+----------+

较低的位数与页面大小相关：如果我们假设 4KiB 页面，那么较低的 12 位是固定的，不会被转换。
我们还假设虚拟地址space是32位。

如果页面 table 条目是 32 位长，它可以给出 32 位用作物理地址的高位部分。
因此，在查找页面 tables.
时，我们有 20 (32 - 12) 位输入和 32 位输出加上来自固定部分的额外 12 位，这给出了 32 + 12 = 44 位物理地址。

一个更新的数字：

        <---------- 32 bits ----------->
        <---- 20 bit -------> <- 12 b -> 
       +---------------------+----------+
       |    High bits        | Low bits |
       +---------------------+----------+
               |                  |
               | 20 bit           |
               V                  |
         [Page tables]            |
               |                  |
               | 32 bit           |
               V                  V
+----------------------------+----------+
|           Physical address            |
+----------------------------+----------+
 <-------- 32 bits ---------> <- 12 b ->
 <------------- 44 bits --------------->

这不是真正的 44 位寻址，但是指针仍然是 32 位的。
应用程序只能直接访问 4GiB 的内存，但是 OS 可以映射一个应用到第一个 4GiB，另一个应用到第二个 4GiB，依此类推。

这类似于 PAE 在 x86 上的工作方式。

所有页面 table 条目都用于提供物理地址的高位的假设是不正确的。
其中一些位用于设置帧的属性：缓存能力、访问权限、映射状态等。

物理地址的高位称为页框。
页框的数量由页面table条目的结构决定，而不是由虚拟地址space（也不是物理地址space）的大小决定。
如果页面 table 条目的帧编号为 50 位，则有 2⁵⁰ 帧。
物理地址的较低部分称为页面偏移量，它由页面大小（或帧大小，它们在设计上相等）决定。

Answer 2

当我们说一个cpu是32位或64位时，意思就是它可以分别指向2^32或2^64个物理页框。现在，如果一个页框的大小为 4KB (2^12)，那么可以访问的内存总量为 (2^12)×(2^32)=2^44 字节或 16TB

有人可以解释一下操作系统中的分页吗？

Can someone explain this about paging in operating system?

paging

operating-system

memory-management

cpu-architecture