一、分頁機制核心原理

1.1 分頁技術原理

核心思想：
將虛擬地址空間和物理內存劃分為固定大小的頁（Page），通過頁表（Page Table）建立虛擬頁到物理頁框（Page Frame）的映射。例如，x86_64架構的4級頁表結構：

虛擬地址： [63-48] | [47-39] PGD | [38-30] PUD | [29-21] PMD | [20-12] PTE | [11-0] 頁內偏移保留位       全局目錄      上層目錄       中間目錄      頁表項

關鍵流程：

1. CPU通過CR3寄存器定位頁全局目錄（PGD）
2. 逐級查詢頁表項（PGD→PUD→PMD→PTE）
3. 最終物理地址 = 物理頁框號 << 12 + 頁內偏移

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?? 面試題1：分頁和分段的主要區別是什么？

答案要點：

• 劃分粒度：分頁是固定大小（4KB），分段是邏輯單元（代碼/數據段）
• 碎片問題：分頁只有內部碎片，分段有外部碎片
• 地址空間：分頁提供線性虛擬地址，分段是二維地址（段基址+偏移）
• 應用場景：分頁是現代OS標準，分段用于嵌入式或特殊場景

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1.2 多級頁表設計

設計動機：
直接映射所有虛擬地址需要巨大頁表（48位地址需256TB頁表）。多級頁表通過稀疏存儲節省空間，僅分配實際使用的頁表項。

Linux四級頁表示例：

// 內核源碼示例（arch/x86/include/asm/pgtable.h）
#define pgd_offset(mm, address) ((mm)->pgd + pgd_index(address))
#define p4d_offset(pgd, address) (p4d_val(*(pgd)) & _PAGE_PRESENT ? p4d_offset_pgd(pgd, address) : NULL)
// ... 類似定義pud_offset/pmd_offset/pte_offset

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?? 面試題2：為什么使用多級頁表？計算48位地址空間單級頁表的內存占用？

答案要點：

• 空間優化：單級頁表需要 (2^{48} / 2^{12} \times 8B = 256TB)（不可行）
• 實際占用：四級頁表僅分配進程實際使用的內存區域
• 計算示例：
  若進程使用1GB內存，四級頁表總大小 ≈ (1GB/2MB \times 4 \times 8B = 16KB)

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二、分頁技術的核心優勢

2.1 內存保護與隔離

頁表項權限位：

// 頁表項標志位（arch/x86/include/asm/pgtable_types.h）
#define _PAGE_PRESENT  BIT(0)  // 頁是否在物理內存
#define _PAGE_RW       BIT(1)  // 可寫權限
#define _PAGE_USER     BIT(2)  // 用戶態可訪問
#define _PAGE_PWT      BIT(3)  // Write-Through緩存策略
#define _PAGE_NX