本文原創作者：原理君 公眾號：技術原理君
在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
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在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
TLB:轉換lookaside 緩存，有了它可以讓虛擬地址到物理地址轉換速度大增。
從上圖中我們可以清楚的知道了,CPU,DDR,MMU它們三者之間的關係。CPU在MMU開啟的情況下，訪問的都是虛擬地址。首先通過MMU將虛擬地址轉換為物理地址，然後再通過總線上去訪問內存（我們都知道內存是掛在總線上的）。
那MMU是怎麼將虛擬地址轉換為物理地址呢？當然之前的文章也講過了，是通過頁表的方式。MMU從頁表中查出虛擬地址對應的物理地址是什麼，然後就去訪問物理內存了。
所以搞懂了上面的問題，也就解決了標題的問題：《CPU如何訪問內存的？》
頁表是什麼？頁表就是一種特殊的數據結構，它保存的是邏輯頁和物理頁幀的映射關係，而且每一個進程都各自擁有自己的頁表。
虛擬地址在我們看來是一個整體，其實不然，它是可以拆分的。可以分為：
- p（頁號），它可以存儲頁表的索引；
- d（偏移），可以在頁內進行地址偏移
我們假設頁大小為4KB，而且頁表只有一級，也就是一級頁表。那虛擬地址的拆分後的樣子是這樣的：
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在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
TLB:轉換lookaside 緩存，有了它可以讓虛擬地址到物理地址轉換速度大增。
從上圖中我們可以清楚的知道了,CPU,DDR,MMU它們三者之間的關係。CPU在MMU開啟的情況下，訪問的都是虛擬地址。首先通過MMU將虛擬地址轉換為物理地址，然後再通過總線上去訪問內存（我們都知道內存是掛在總線上的）。
那MMU是怎麼將虛擬地址轉換為物理地址呢？當然之前的文章也講過了，是通過頁表的方式。MMU從頁表中查出虛擬地址對應的物理地址是什麼，然後就去訪問物理內存了。
所以搞懂了上面的問題，也就解決了標題的問題：《CPU如何訪問內存的？》
頁表是什麼？頁表就是一種特殊的數據結構，它保存的是邏輯頁和物理頁幀的映射關係，而且每一個進程都各自擁有自己的頁表。
虛擬地址在我們看來是一個整體，其實不然，它是可以拆分的。可以分為：
- p（頁號），它可以存儲頁表的索引；
- d（偏移），可以在頁內進行地址偏移
我們假設頁大小為4KB，而且頁表只有一級，也就是一級頁表。那虛擬地址的拆分後的樣子是這樣的：
下面我們來看下CPU,虛擬地址，頁表和物理地址之間的關係。看下圖：
本文原創作者：原理君 公眾號：技術原理君
在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
TLB:轉換lookaside 緩存，有了它可以讓虛擬地址到物理地址轉換速度大增。
從上圖中我們可以清楚的知道了,CPU,DDR,MMU它們三者之間的關係。CPU在MMU開啟的情況下，訪問的都是虛擬地址。首先通過MMU將虛擬地址轉換為物理地址，然後再通過總線上去訪問內存（我們都知道內存是掛在總線上的）。
那MMU是怎麼將虛擬地址轉換為物理地址呢？當然之前的文章也講過了，是通過頁表的方式。MMU從頁表中查出虛擬地址對應的物理地址是什麼，然後就去訪問物理內存了。
所以搞懂了上面的問題，也就解決了標題的問題：《CPU如何訪問內存的？》
頁表是什麼？頁表就是一種特殊的數據結構，它保存的是邏輯頁和物理頁幀的映射關係，而且每一個進程都各自擁有自己的頁表。
虛擬地址在我們看來是一個整體，其實不然，它是可以拆分的。可以分為：
- p（頁號），它可以存儲頁表的索引；
- d（偏移），可以在頁內進行地址偏移
我們假設頁大小為4KB，而且頁表只有一級，也就是一級頁表。那虛擬地址的拆分後的樣子是這樣的：
下面我們來看下CPU,虛擬地址，頁表和物理地址之間的關係。看下圖：
很簡單的吧，應該看懂了吧。我們可以發現如果採用一級頁表的話，每個進程需要維護一個4MB大小的頁表（我們可以算下，如果是32位平臺，地址空間大小為4GB，頁面大小為4KB，每個頁表項佔用4字節，所以4GB/4KB*4=4MB）。
因為每個進程都有自己的頁表，所以在多進程的情況下，內存消耗簡直驚人。所以一級頁表是不合理的。那有沒有優化的辦法呢？答案是有的，就是利用多級頁表，可以節省內存。
二級頁表就是將頁表再次分頁。再次舉例，將邏輯地址分為10位頁碼p1+10位頁碼p2+12位頁偏移。我們直接看圖吧。
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在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
TLB:轉換lookaside 緩存，有了它可以讓虛擬地址到物理地址轉換速度大增。
從上圖中我們可以清楚的知道了,CPU,DDR,MMU它們三者之間的關係。CPU在MMU開啟的情況下，訪問的都是虛擬地址。首先通過MMU將虛擬地址轉換為物理地址，然後再通過總線上去訪問內存（我們都知道內存是掛在總線上的）。
那MMU是怎麼將虛擬地址轉換為物理地址呢？當然之前的文章也講過了，是通過頁表的方式。MMU從頁表中查出虛擬地址對應的物理地址是什麼，然後就去訪問物理內存了。
所以搞懂了上面的問題，也就解決了標題的問題：《CPU如何訪問內存的？》
頁表是什麼？頁表就是一種特殊的數據結構，它保存的是邏輯頁和物理頁幀的映射關係，而且每一個進程都各自擁有自己的頁表。
虛擬地址在我們看來是一個整體，其實不然，它是可以拆分的。可以分為：
- p（頁號），它可以存儲頁表的索引；
- d（偏移），可以在頁內進行地址偏移
我們假設頁大小為4KB，而且頁表只有一級，也就是一級頁表。那虛擬地址的拆分後的樣子是這樣的：
下面我們來看下CPU,虛擬地址，頁表和物理地址之間的關係。看下圖：
很簡單的吧，應該看懂了吧。我們可以發現如果採用一級頁表的話，每個進程需要維護一個4MB大小的頁表（我們可以算下，如果是32位平臺，地址空間大小為4GB，頁面大小為4KB，每個頁表項佔用4字節，所以4GB/4KB*4=4MB）。
因為每個進程都有自己的頁表，所以在多進程的情況下，內存消耗簡直驚人。所以一級頁表是不合理的。那有沒有優化的辦法呢？答案是有的，就是利用多級頁表，可以節省內存。
二級頁表就是將頁表再次分頁。再次舉例，將邏輯地址分為10位頁碼p1+10位頁碼p2+12位頁偏移。我們直接看圖吧。
訪問過程如下圖：
本文原創作者：原理君 公眾號：技術原理君
在之前的《Linux內存管理》文章中，我們大致講解了Linux內存管理的體系架構和映射過程。當然內存管理是一個複雜的模塊。它涉及到硬件的交互和複雜的軟件算法。本片文章我們就來講解下硬件原理和分頁管理。
CPU如果訪問內存？
答案很簡單，通過內存管理單元（MMU），我們先看一張很簡單的CPU訪問內存的流程圖：
TLB:轉換lookaside 緩存，有了它可以讓虛擬地址到物理地址轉換速度大增。
從上圖中我們可以清楚的知道了,CPU,DDR,MMU它們三者之間的關係。CPU在MMU開啟的情況下，訪問的都是虛擬地址。首先通過MMU將虛擬地址轉換為物理地址，然後再通過總線上去訪問內存（我們都知道內存是掛在總線上的）。
那MMU是怎麼將虛擬地址轉換為物理地址呢？當然之前的文章也講過了，是通過頁表的方式。MMU從頁表中查出虛擬地址對應的物理地址是什麼，然後就去訪問物理內存了。
所以搞懂了上面的問題，也就解決了標題的問題：《CPU如何訪問內存的？》
頁表是什麼？頁表就是一種特殊的數據結構，它保存的是邏輯頁和物理頁幀的映射關係，而且每一個進程都各自擁有自己的頁表。
虛擬地址在我們看來是一個整體，其實不然，它是可以拆分的。可以分為：
- p（頁號），它可以存儲頁表的索引；
- d（偏移），可以在頁內進行地址偏移
我們假設頁大小為4KB，而且頁表只有一級，也就是一級頁表。那虛擬地址的拆分後的樣子是這樣的：
下面我們來看下CPU,虛擬地址，頁表和物理地址之間的關係。看下圖：
很簡單的吧，應該看懂了吧。我們可以發現如果採用一級頁表的話，每個進程需要維護一個4MB大小的頁表（我們可以算下，如果是32位平臺，地址空間大小為4GB，頁面大小為4KB，每個頁表項佔用4字節，所以4GB/4KB*4=4MB）。
因為每個進程都有自己的頁表，所以在多進程的情況下，內存消耗簡直驚人。所以一級頁表是不合理的。那有沒有優化的辦法呢？答案是有的，就是利用多級頁表，可以節省內存。
二級頁表就是將頁表再次分頁。再次舉例，將邏輯地址分為10位頁碼p1+10位頁碼p2+12位頁偏移。我們直接看圖吧。
訪問過程如下圖：
總結
CPU訪問內存的原理，只是從原理上點到為止。如想深入，後期文章我會出文章！敬請期待！