在虚拟地址中使用偏移量

Question

据我所知，CPU始终会生成一个虚拟地址，该地址由页码和页偏移量两部分组成。页号用于索引页表（相应的映射给出了RAM中帧的起始地址）。现在，请考虑以下问题。请考虑机器的字大小为4个字节，并且页面大小等于帧大小= 4096字节。

1. 假设页号是4，偏移量是3。则逻辑存储器中的Page 4映射到虚拟存储器中的帧8。这意味着帧的起始地址为8。
2. 现在，每个帧将包含4096/4 = 1024个字。偏移量是否意味着框架内的单词，因为机器总是一次获取一个单词？我的意思是说这意味着第8帧中的第三个单词吗？
3. 是将特定字分配给CPU还是整个帧？如果是前者，那么为什么每个人都谈论框架和页面而不是文字的转移？
4. 假设发生页面错误。这意味着特定页面不在内存中。这是否意味着映射的物理地址包含其他页面？在无效位为1的情况下，映射是否存在？

有人可以帮我整理一下吗？我一时似乎明白了，下一分钟，我陷入了迷宫。

Answer 1

分页的关键在于它处理内存的“块”。
它是一种映射，一种功能，可将虚拟地址转换为物理地址，而不是逐个地址地转换。而是将连续虚拟地址的“块” 一起转换为现在物理地址的另一个连续 “块”。
您可以将其视为内存“块”的“翻译”或“混洗”。

“大块”的正确术语是page。
如果尝试进行示例映射，则可以看到每个页面都包含一组地址，这些地址都具有特殊性：从虚拟到物理时，它们的低位不变。相反，高位是任意的。
地址值的这种二分法定义了“ 偏移”和“ 页数/帧号”。
偏移量是地址值中不进行任何转换的部分。在4KiB页面中，有4096个地址，每个地址都有其偏移量，因此偏移量的大小为log ₂（4096）= log ₂（2 ¹²）= 12 * log ₂（2）= 12位。
简而言之，页面大小决定了偏移量大小。

有必要将存储器分为页而不是字或字节，或者在另一种视图中，必须将地址分组以转换成页。
没有页面，用于翻译的元数据（用各种术语表示）将比正在翻译的元数据占用更多的内存！

由于定义方式，偏移量是相对于其页面/帧的：帧8中的偏移量1024（十六进制400h）表示地址8000h + 400h = 8400h；如果页面映射到帧12，则偏移1024在帧开始后仍为1024字节，即0c000h + 400h = 0c400h。

作为地址，偏移量通常表示字节，在体系结构中，字节不可寻址。但是，这不是标准约定，要知道偏移量是表示字还是字节（例如，帧0的偏移量10是字节40还是字节10），请查阅体系结构手册。第一部分通常致力于建立在本书中使用的术语。

分页发生在CPU访问内存之前，您可以将其视为高级进程。访问内存/总线的单元几乎不知道它，因此CPU会读取指令告诉其读取的数据（一个字，一个字节等）。
人们谈论移动页面是因为页面是可以描述的最小单元。
您可以将页面标记为不存在，但不能将其标记为单词。您可以将页面设为只读，但不能使一个单词成为页面。
如果需要映射（例如16个字节），则由于16个字节无法表征，因此仍需要映射整个页面。因此，我们不妨阅读整个页面。

当发生页面故障时，这意味着在页面表中的任何级别上都不存在所访问的页面。
这可能意味着各种各样的事情，从只对Present位进行了切换（页面仍然存在）到页面已被保存到磁盘并在内存中进行了零位存储这一事实。
由于映射函数是total，意味着每个值都是有效值，因此CPU需要一种方法来知道何时值无效。
Present位执行此操作：告诉CPU一定不要执行转换，而必须引发异常。
操作系统使用此异常来通知何时需要页面，它不需要将映射重新分配给另一个页面或将内存清零。
当人们说页面是删除它们意味着将其从映射中删除，所有现代OS还将页面归零，以防止信息泄漏到其他进程。

因此，如果未映射物理帧，则并不意味着另一个进程中的另一页正在对其进行映射，仅意味着无法访问该地址范围。
如上所述，OS这样做有很多原因，包括保护。