理论+实例，带你掌握Linux的页目录和页表

Answer 1

在操作系统加载用户程序时，内存管理至关重要。除了存放程序内容，还需为页目录和页表分配物理内存。在x86系统中，为了提高内存使用效率，采用分页机制，将物理内存按4KB为单位进行划分。

最初的映射表虽能映射虚拟内存到物理内存，但4MB的物理空间占用过大。为解决这个问题，引入了页目录和页表的两级转换。页目录负责管理1024个页表的地址，每个页表包含1024个表项，每个表项对应一个物理页。

页目录自身占用4KB物理内存，对于小空间程序来说浪费。通过拆分映射表为1024个页表，每个页表只占用1个物理页的空间，更有效地利用内存。用户程序通常只需要几十个页表，比如10MB程序只需3个页表，加上页目录，总共16KB空间。

处理器通过CR3寄存器获取当前任务的页目录地址，每个程序有自己的页目录和页表。在加载过程中，操作系统分配页目录、分配物理页到页表，并更新TSS段中的页目录地址。线性地址经过页目录和页表的转换，最终得到物理地址。

当用户程序运行时，例如一个20MB程序在1GB物理内存中，通过计算确定页目录的使用。程序被加载到虚拟内存，然后分配页目录、页表，根据程序内容的线性地址，依次填充页目录和页表的表项。这个过程确保了线性地址到物理地址的正确转换。