分页和mmap

一、内存分页

1、基本概念

CPU并不是直接访问物理内存地址，而是通过虚拟地址空间来间接的访问物理内存地址。
页：通常将虚拟地址空间以4K大小分成；
框：将物理地址按照同样的大小，作为一个单位；也从0开始依次对每一个框编号。
页表：操作系统通过维护一张表，这张表上记录了每一对页和框的映射关系。如图：

2、分页机制下，虚拟地址和物理地址是如何映射的？

在分页机制下，虚拟地址分为两部分，页号和页内偏移。页号作为页表的索引，页表包含物理页每页所在物理内存的基地址，这个基地址与页内偏移的组合就形成了物理内存地址，见下图。

其实就是这样三个步骤：
把虚拟内存地址，切分成页号和偏移量；
根据页号，从页表里面，查询对应的物理页号；
直接拿物理页号，加上前面的偏移量，就得到了物理内存地址。

3、快表(TLB)

多级页表虽然解决了空间占用大的问题，但是由于其复杂化了地址的转换，因此也带来了大量的时间开销，使得地址转换速度减慢。
如果要解决这个问题，那么最简单的方式就是降低查询页表的频率，那么如何实现呢？这时候就需要用到缓存的技术
与我之前在Redis系列博客中所提到的，对于热点资源，我们可以将其提前缓存下来，到以后使用时就可以直接到缓存中查找。对于操作系统来说，也是这么一个道理。
在操作系统中，这个缓存就是CPU中的TLB，也就是我们通常所说的快表。我们将最常访问的几个页表项存储到TLB中，在之后进行寻址时，CPU就会先到TLB中进行查找，如果没有找到，这时才会去查询页表。

二、mmap基本原理和分类

在LINUX中我们可以使用mmap用来在进程虚拟内存地址空间中分配地址空间，创建和物理内存的映射关系。