硬件中的分页：

32位的线性地址被分成3个域：

高10位：页目录表

中间10位：页表

低12位：页表内偏移

使用二级页表模式的目的在于减少每个进程页表所需RAM数量。如果是一级页表，则需高达220个表项，而二级模式只为进程实际使用的那些虚拟内存区请求页表。

页目录项和页表项有同样的结构，均包含了一些属性字段。

评：段页属性字段的设置很有意义，分段、分页这种将内存结构化、组织化的方式，同时可以增加对某一段或页的属性描述信息，对于内存管理来说很有意义，这种组织内存的方法思路，正如行政区域的划分。

物理地址扩展（PAE）分页机制：

这一部分在我的另一篇博文中有提到：http://blog.csdn.net/crazyingbird/article/details/7175559

硬件高速缓存：

为了缩小CPU和RAM之间的速度不匹配，引入了硬件调整缓冲内存。

多处理器系统的每一个处理器都有一个单独的硬件高速缓存，它们需要额外的硬件电路，用于保持不同CPU之间的高速缓存内容的同步。只要一个CPU修改了它的硬件高速缓存，它就必须检查同样的数据是否包含在其它的硬件高速缓存中，如果是，它必须通知其它CPU用适当的值对其更新，这种活动叫做高速缓存侦听。这些活动由硬件处理，内核无需关心。

Linux对于所有的页框都启用高速缓存，对于写操作总是采用加回写策略。

转换后援缓冲器：

记录上一次线性地址转换得到的相应的物理地址，以便以后对同一线性地址的引用可以快速地得到转换。

在多处理器系统中，每个CPU都有自己的TLB，称为该CPU的本地TLB，与硬件高速缓存相反，TLB中的对应项不必同步，这是因为运行在现有CPU上的进程可以使同一线性地址与不同物理地址发生联系。

Linux中的分页：

在2.6.10版本及之前，Linux采用三级分页模型，从2.6.11版本开始，采用四级分页模型：

• 页全局目录（Page Global Directory）

• 页上级目录（Page Upper Directory）

• 页中间目录（Page Middle Directory）

• 页表（Page Table）

对于没有启用物理地址扩展的32位系统，Linux取消了页上级目录和页中间目录，仅使用了两级页表。

启用了物理地址扩展的32位系统，Linux取消了上级目录，使用三级页表。

对于64位系统，Linux根据硬件对线性地址位的划分来决定采用三级或者四级页表。

物理内存布局：

Linux内核安装在RAM中从物理地址0x00100000开始的地方，也就是从第二个MB开始。

页框0由BIOS使用，存放加电自检期间检查到的系统硬件。

物理地址从0x000a0000到0x000fffff的范围通常留给BIOS全程，并且映射ISA图形卡上的内部内在。

第一个MB内的其它页框可能由特定计算机模型保留。

在启动过程的早期阶段，内核询问BIOS并了解物理内存的大小，随后，内核建立物理地址映射。

内核可能不会见到BIOS报告的所有物理内存：如果未启用PAE支持来编译，即使有更大的物理内存可供使用，内核也只能寻址4GB大小的RAM。

进程页表：

进程的线性地址空间分成两部分：

从0x00000000到0xbfffffff的线性地址，无论进程运行在用户态还是内核态都可以寻址；

从0xc0000000到0xffffffff的线性地址，只有内核态的进程才能寻址；

当进程运行在用户态时，它产生的线性地址小于0xc0000000；当进程运行在内核态时，它执行内核代码，所产生的地址大于等于0xc0000000。但某些情况下，内核为了检索或存放数据必须访问用户态线性地址空间。

内核页表：

内核维持着一组自己使用的页表，驻留在所谓的主内核页全局目录中，系统初始化后，这组页表还从未被任何进程或者任何内核线程直接使用；确切的说，主内核页全局目录的最高目录项部分作为参考模型，为系统中每个普通进程对应的页全局目录提供参考模型。

那么，内核如何初始化自己的页表呢？内核映像刚刚被装入内存后，CPU仍然运行于实模式，所以分页功能没有被启用。

第一阶段，内核创建一个有限的地址空间，包括内核的代码段和数据段、初始页表和用于存放动态数据结构的共128KB大小的空间。这个最小限度的地址空间仅够将内核装入RAM和对其它初始化的核心数据结构。

第二阶段，内核充分利用剩余的RAM并适当建立分页表。

由内核页表所提供的最终映射必须把从0xc0000000，即第四个GB开始的线性地址转化为从0开始的物理地址。

固定映射的线性地址：

固定映射的线性地址基本上是一种类似于0xffffc000这样的常量线性地址，其对应的物理地址不必等于线性地址减去0xc000000，而是可以以任意方式建立。因此，每个固定映射的线性地址都映射一个物理内存的页框。内核使用固定映射的线性地址来代替指针变量。

每个固定映射的线性地址都存在线性地址第四个GB的末端。

处理硬件高速缓存：

为了使高速缓存的命中率达到最优化，内核在下列决策中考虑体系结构：

一个数据结构中最常使用的字段放在该数据结构内的低偏移部分，以便它们能够处于高速缓存的同一行中。

注：聚集存储的数据结构大小可能大于行的大小。

当为一大组数据结构分配空间时，内核试图把它们都存放在内存中，以便所有高速缓存行按同一方式使用。