WINDOWS页式内存管理.docx
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2022-07-07
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WINDOWS 页式内存管理
偶然的机会看了 WIDNOWS 内核原理与实现，其中介绍了 WINDOWS 页式内
存管理，仔细看了两天两夜才完全明白。究其难以理解的原因，我发现主要是名
词太多，什么虚拟地址、虚拟地址空间、CR3 寄存器、PTE、PDE、PTE 所在页面
的虚拟地址，PET 的虚拟地址等等，让刚学习页式内存管理的人，立刻陷于迷雾
之中。另外 16 进制和 2 进制的转换过于频繁,叙述者阐述过于简单，也是难以明
了页目录自映射精妙的原因所在。为了使其它想了解页式管理的人不在走弯路,
尽快明白页式管理的精妙所在，故撰写此文。
为什么要进行页式内存管理呢？大家都知道 WINDOWS 是多任务的操作系
统，所谓多任务就是多个进程可以轮流执行“一小会”时间。若直接让进程使用
物理地址来访问内存,将使得进程的动态分配难以有效实施，因为内存单元与进
程将通过物理地址紧密地联系在一起了，从而内存的回收和再分配将受限于特定
的进程和物理地址。为了打破这种关联关系，简单的思路是，让进程使用虚拟地
址，而虚拟地址和物理地址之间通过一个映射表来完成转译。这就是使用页式内
存管理的原因。本文不是讲述为什么使用页式内存管理，所以不再多述，如果想
知道为什么，请参看 WINDOWS 内核原理与实现。
在页式内存管理中，虚拟空间是按页（page）来管理的，对应于物理内存也
按页来管理，物理内存中的页面有时候称为页帧（page frame），其大小与虚拟
空间中的页面相同。因此映射关系是在内存页面的基础上进行的。在虚拟空间中
连续的页面对应于在物理内存中的页面可以不必连续，并且通过小心地维护好虚
拟空间的页面与物理内存页面之间的映射关系，物理页面可以被动态地分配给特
定的虚拟页面，从而只有当真正有必要的时候才把物理页面分配给虚拟页面，毕
竟物理页面相对来说是稀缺资源。如图 1 所示，物理地址空间（其地址范围取决
于系统中物理内存的数量，图中假设为 1 GB 物理内存）中有一部分页面被映射
到了左侧的虚拟空间（在 32 位平台上，其地址范围为 0x00000000~0xffffffff）。
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