背景

  • 假设虚拟地址长度为32位（简化示范）。

  • 页大小为4KB（12位偏移）。

  • 二级页表结构：

    • L1页表索引：10位

    • L2页表索引：10位

    • 页内偏移：12位

虚拟地址结构如下：

31 … 22 21 … 12 11 … 0
L1索引 L2索引 页内偏移

1. CPU访问虚拟地址

CPU需要访问某个虚拟地址VA，比如0x12345678。

2. 解析虚拟地址各字段

根据虚拟地址结构，CPU先将VA拆成三部分：

  • L1索引 = VA[31:22]，用来在一级页表中索引

  • L2索引 = VA[21:12]，用来在二级页表中索引

  • 页内偏移 = VA[11:0]，是页内具体地址偏移

3. 通过CR3（或satp寄存器）拿到L1页表的物理基地址

操作系统把一级页表的物理页框地址存放在一个特殊寄存器（x86的CR3，RISC-V的satp）中。

4. 找一级页表项（L1 PTE）

用L1索引乘以页表项大小，找到一级页表中对应的PTE。

  • 这个PTE里存储的PPN是下一层页表（二级页表）的物理页号。

  • PTE中还有权限位、有效位等，用来判断页表项是否有效。

5. 判断L1 PTE有效性

如果L1页表项无效，产生页表异常（page fault），操作系统介入处理。

6. 找二级页表（L2页表）

拿到L1 PTE中的PPN，换算成物理地址（PPN * 页大小），得到二级页表所在物理内存页的起始地址。

7. 找二级页表项（L2 PTE）

用L2索引乘以PTE大小，找到二级页表中对应的页表项。

8. 判断L2 PTE有效性

如果无效，产生页表异常。

9. 拿到L2页表项中的PPN

  • 这个PPN就是虚拟页真正映射到的物理页框号。

  • L2页表项中的权限位用来判断访问权限（读、写、执行等）。

10. 计算物理地址

物理地址 = L2页表项PPN × 页大小 + 页内偏移

11. 访问物理内存

CPU根据计算出来的物理地址访问内存，完成读写。

12. 总结流程的关键点

  • L1页表项的PPN：指向二级页表的物理页框。它不是最终的物理页，而是“下一层页表”的地址。

  • L2页表项的PPN：指向虚拟地址最终映射的物理内存页框。

  • 通过两级索引逐层查页表，逐步定位最终物理页。