一、地址怎么切

48 位虚拟地址 = 36 位页号 + 12 位偏移。 36 位页号意味着页表要有 2 的 36 次方项——这是个天文数字。 12 位偏移意味着页大小固定 4 KB，所以偏移那一段翻译时原样搬过去。 注意【48 位】不是【64 位】：x86-64 实际只用 48 位（后来的扩展到 57 位），上面那些位全是 0 或 1 的符号扩展。

二、单级页表为什么撑不住

页表项数 = 虚拟地址空间 ÷ 页大小 = 2 的 36 次方 = 687 亿项。 每项 8 字节，乘起来是 512 GB。 而这是【每个进程一份】——光页表就能把整台机器撑爆。 更荒唐的是【绝大多数项是空的】：一个进程只用几个 GB，剩下 99.9% 的表项永远没人查。 所以真正的做法不是【把表做小】，而是【用到才建】——这就是多级页表（5.16）。

三、页表项里的位

高位：物理页号——翻译结果。 P（Present，在不在）：0 表示这一页还没分配，一访问就触发缺页。这一位是请求分页和 Swap 的总开关。 R／W（可写吗）：写只读页会触发保护异常——只读代码段就靠它。 U／S（用户态能用吗）：挡住用户程序碰内核内存，这是进程隔离的最后一道闸。 A／D（访问过／改过）：给换出算法做参考——久没访问过的页优先换出去。 看清一件事：权限、状态、映射结果挤在同一个 8 字节里，所以一次查表把所有事都查清了。

四、页表在哪

页表在内核内存里，用户程序看不见。 CPU 里有一个寄存器指着【当前进程的页表】（x86 上叫 CR3）。 进程切换时，这个寄存器一换，整个地址空间就换了——这就是为什么切换进程比切换线程贵（线程共用同一张表）。 所以【进程隔离】落实到硬件上，就是【一个寄存器值不同】。

五、动手 Demo：页表——一个 4KB 的页，怎么管 256TB 的地址

这一节把一个 48 位地址切开，算出单级页表到底要多大，再把页表项里的位一个一个列出来。

vbits = 48
addr = 0x00007FF6C1A2B3C8

print("页号", hex(addr >> 12))
print("偏移", hex(addr & 0xFFF))

entries = 1 << (vbits - 12)
print("虚拟空间(TB)", 1 << (vbits - 40))
print("页表项数", entries)
print("页表大小(GB)", entries * 8 / 1024 ** 3)

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
页表——一个 4KB 的页，怎么管 256TB 的地址
--------------------------------------------------------------------
① 先把地址切开

  部分                 占多少位     这一段的值
  -------------------------------------------------
  页号（高位）         36 位        0x7FF6C1A2B
  页内偏移（低位）     12 位        0x3C8
  合起来               48 位        0x7FF6C1A2B3C8

  **12 位偏移 = 4KB 页**：低 12 位在同一页内，搬家时不用改。
  **高 36 位是页号**：这是页表要负责翻译的部分。

② 单级页表要多大

  算的是           公式                       结果
  -----------------------------------------------------------
  虚拟地址空间     2 的 48 次方字节           256 TB
  页的总数         2^48 ÷ 4KB                 68719476736 个
  每项 8 字节      页号 + 权限位 + 状态位     —
  页表总大小       68719476736 × 8 字节       512.00 GB

  **512.00 GB 的页表，每个进程一份**——这就是单级页表撑不住的原因。
  **而且绝大多数进程只用了几个 GB，剩下的表全是空的。**

③ 页表项里都记了什么

  位       名字             作用
  -----------------------------------------------------------
  高位     物理页号         翻译结果指向哪一页
  P        在不在           0 表示这一页还没分配，一碰就缺页
  R／W     可写吗           写只读页会触发异常
  U／S     用户态能用吗     挡住用户程序碰内核内存
  A／D     访问过／改过     给换出算法做参考

  **最有用的是 P 位**：**它把【有没有分配】和【在不在内存】统一成了一个位。**
  **5.13 的请求分页、5.15 的 Swap，全靠这一位。**

页号占 36 位、偏移占 12 位，加起来正好 48 位。 页表项数是 687 亿项，总大小 512 GB——这个数字就是单级页表的死刑判决书。 而且要注意：这 512 GB 是【每个进程一份】，不是【整机一份】。 所以后面 5.16 的多级页表不是优化，是【不这么做根本没法用】。

📋 Linux 上能直接看到页大小：getconf PAGESIZE；看某个进程的页表规模：grep VmPTE /proc/<pid>/status。

30 秒实验

1. getconf PAGESIZE，确认这台机器的页大小是 4096。
2. grep -E 'VmPTE|VmSize|VmRSS' /proc/self/status，看页表本身占了多少。
3. 把任意地址 addr & ~0xFFF，验证这就是它的页起始地址。

常见误区

1. 【页表存在磁盘上】。它在内核内存里，被换出的是进程的页，不是页表本身。
2. 【页表项里只有物理页号】。还有在不在、可写、用户态可用、访问过四个位，权限与状态全挤在这 8 字节里。
3. 【64 位 CPU 就有 64 位地址】。x86-64 实际只用 48 位（后来扩到 57 位），高位是符号扩展。

• ☐ 5.6 实验

相关笔记

• 虚拟内存 — 翻译这件事
• 请求分页 — P 位的第一个用处
• 多级页表 — 512 GB 怎么被砍掉
• 🐧 Linux是怎样工作的 · 索引