面试题：内存管理中逻辑到物理地址转换如何应对页表过大的问题

Question

在内存管理逻辑地址到物理地址转换中，页表可能会变得非常大，这会消耗大量内存。请说明几种解决页表过大问题的方法，并分析每种方法的优缺点。

Answer 1

1. 多级页表

• 原理：将页表进行层次划分，比如二级页表，一级页表的每个表项指向一个二级页表，通过多级查找定位物理页框。
• 优点：只有需要的页表部分会被调入内存，节省内存空间。对于稀疏地址空间，无需为不存在的页分配页表空间。
• 缺点：增加了地址转换的时间开销，因为需要多次内存访问来查找页表。

2. 哈希页表

• 原理：利用哈希函数将虚拟页号映射到哈希表的某个位置，哈希表的表项存储页表项的相关信息。
• 优点：查找速度快，能够快速定位页表项，尤其适用于地址空间非常大的情况。
• 缺点：可能存在哈希冲突，解决冲突需要额外的空间和处理逻辑，增加了实现复杂度。同时，哈希表本身也需要占用一定的内存空间。

3. 反置页表

• 原理：传统页表以虚拟页号为索引，反置页表以物理页框号为索引，每个表项记录该物理页框对应的虚拟页号及所属进程等信息。
• 优点：页表大小只取决于物理内存的大小，而不是虚拟地址空间大小，大大减少了页表占用的内存。
• 缺点：地址转换时需要遍历页表来匹配虚拟页号，增加了转换时间。而且，在多进程环境下，查找特定进程的页表项会比较复杂。