分页

分页（Paging）

分页内存管理方案允许进程的物理地址空间可以是非连续的。分页的基本方法是将程序分成等长的小块，称为页（page），同样内存也被分成了和页面同样大小的页框/帧（frame），这样一个页就可以装到一个页框中。

分页机制把进程散布在不同的页框中，因此在执行程序的时候，需要根据页表（page table）查找某个页面在内存的某个页框中，由此完成逻辑地址到物理地址的映射。

每当进程的某一条指令要访问进程内某地址时，其产生的地址都会被分割成页号和偏移量的形式。CPU根据页号查找页表，找到物理内存中该页对应的页框号用来替换页号，重新拼接成真正的物理地址。

采用分页技术不会产生普通单页分配的外部碎片，每个空闲页框都可以分配给需要它的进程。不过，分页会产生内部碎片，如果进程所要求的内存并不是页的整数倍，那么最后一个页框就可能用不完。

分页的一个重要特点是用户视角的内存和实际的物理内存是分离的，逻辑地址需要通过映射转变成物理地址，这种映射由操作系统所控制，普通用户程序使用逻辑地址而不直接指定物理位置。

由于内存空间都是预先划分好的，普通单页分配不会像分段那样因小间隙而无法满足请求。同时内存也都是以页为单位释放的，不会产生小于一页且无法分配的空闲片段。

如果内存空间不够，操作系统可以把最近未使用且允许换出的内存页面暂时换出（swap out）到硬盘上。一旦需要，再换入（swap in）加载进来。因此，一次可以只传输一个或几个页，而不必交换整个进程；不过磁盘I/O仍可能产生较大延迟。

采用请求分页时，加载程序不需要一次把全部页面加载到物理内存。只有运行中需要对应虚拟页里的指令和数据时，才加载所需页。

TLB（Translation Lookaside Buffer）

程序局部性原理是指CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋于聚集在一个较小区域中。即在一段时间内，整个程序的执行通常仅限于程序中的某一部分，相应地，所访问的存储空间也局限于某些内存区域。

利用这一特性，可以把常用的页表映射缓存到访问速度更快的硬件中。CPU芯片中的这种缓存通常称为TLB、页表缓存或快表。有了TLB，CPU寻址时先查TLB，未命中才查常规页表。