哈嘍大家好我是鹹魚，在《Linux 記憶體管理 pt.1》中我們學習了什麼是實體記憶體、虛擬記憶體，瞭解了記憶體對映、缺頁異常等內容
那麼今天我們來接著學習 Linux 記憶體管理中的多級頁表和大頁
多級頁表&大頁
在《Linux 記憶體管理 pt.1》中我們知道了核心為每個程式都維護了一張頁表，這張頁表用來記錄程式虛擬記憶體與實體記憶體的對映關係
頁表實際上儲存在 MMU 當中。MMU（Memory Management Unit，記憶體管理單元）是CPU內部的一個硬體模組
MMU 負責將虛擬地址轉換為實體地址，從而實現程式間記憶體地址隔離和虛擬記憶體的實現
每個程式都有一張頁表，一張頁表中有很多頁表項（頁），每個頁表項大小為 4KB
也就是說，每一個記憶體對映關係，都需要一個 4 KB 或者 4 KB 整數倍的記憶體空間
小夥伴們有沒有想過這樣一個疑問：為什麼 Linux 預設頁大小是 4KB ？
這其實是一個歷史遺留問題，後續鹹魚有時間的話會單獨寫一篇來聊聊
現在我們應該把目光放到另一個點上：一個 32 位系統會為每個程式分配 4G 的虛擬地址空間（虛擬記憶體），這樣的話會導致一張頁表裡面會有特別多頁（一百多萬）
而且每個頁為一個地址，佔用 4 個位元組，32 位系統中一張頁表有 1048576 張頁，那就是一張頁表佔 1048276 * 4 / 1024 = 4M
也就是說一個程式啥都不幹，光是頁表大小就佔了 4M，如果每張頁都有對映關係那也就算了，問題是絕大部分程式僅僅就使用了幾張頁
先不說這樣會導致一個頁表裡面有大量的頁，佔用大量的空間。如果想要找到儲存了對映關係的那一張頁，得從頭開始查詢，這樣會導致查詢效率很慢
為了解決頁表項過多這個問題，Linux 提供了兩種機制，也就是多級頁表和大頁
多級頁表
我們知道，每個程式自身都會維護一個虛擬記憶體，而每個程式虛擬記憶體比實體記憶體要大得多，只有在使用的時候才會被分配到實體記憶體
多級頁表就是把被分配了實體記憶體的虛擬記憶體記憶體分成了一塊一塊，將原來的對映關係改成了區塊索引和區塊內的偏移量
多級頁表將頁表分為多級，每級頁表僅用於管理對應的實體記憶體空間，這樣就可以大大減少頁表中的項數以及頁表大小，從而減輕系統負擔
多級頁表通常由多個頁目錄和多個頁表組成，每個頁表儲存了該頁的實體地址、讀寫許可權等資訊；而頁目錄項則儲存了指向該頁表的地址
Linux 採用四級頁表來管理記憶體頁，如下圖所示
多級頁表和一級頁表的區別
在Linux中，多級頁表和一級頁表的最大區別在於多級頁表只儲存有對映關係（即被分配了實體記憶體）的頁，而一級頁表儲存了所有頁表項
用一級頁表的話，整個頁表都得存放在記憶體當中，而使用多級頁表的話，只有被分配了實體記憶體的頁會存在記憶體中
舉個例子，一級頁表就相當於一本厚厚的字典，我們在一級頁表中查詢儲存了對映關係的頁就相當於在這本字典中從開始位置查詢 而多級頁表相當於把這本厚厚的字典拆成了多本字典，如果要查東西，直接去對應的小字典上查詢即可，減少了大字典中要從開始處查詢的不必要時間，提高了效率
大頁
比普通頁更大的記憶體塊，常見的大小有 2MB 和 1GB
大頁通常用在使用大量記憶體的程式上，比如 Oracle、DPDK 等
透過上面這些機制，在頁表的對映下程式就可以透過虛擬記憶體來訪問實體記憶體了，那麼程式是如何使用被分配了實體記憶體的虛擬記憶體呢
我們來看下虛擬記憶體中的使用者空間記憶體
上圖所示，使用者空間記憶體被分割成了五個不同的記憶體段：
- 只讀段：程式碼和常量等
- 資料段：全域性變數等
- 堆：動態分配的記憶體
- 檔案對映段：動態庫、共享記憶體等
- 棧：區域性變數和函式呼叫的上下文等。棧的大小是固定的，一般是 8 MB
感謝閱讀，喜歡作者就動動小手[一鍵三連]，這是我寫作最大的動力