爲什麼內存映射文件總是映射在頁面邊界？

Question

這是我的第一個問題。我不確定它是否偏離主題。

雖然自學，我發現關於操作系統下面的語句：在頁面邊界被映射

操作系統，使內存映射文件總是需要的文件。例如，對於4 KB頁，文件可以在起始於虛擬地址映射到4096，而不是在開始虛擬地址5000

此語句以下列方式解釋：

如果文件可以映射到頁面中間，則單個虛擬頁面需要磁盤上的兩個部分頁面來映射它。第一頁，特別是 將映射到臨時頁面上，並且也映射到文件頁面上。處理頁面 錯誤，這將是一個複雜和昂貴的操作，需要複製 數據。此外，將無法捕獲對未使用部分頁面的引用。 由於這些原因，這是可以避免的。

我想問這個問題的答案。特別是，說「單個虛擬頁面需要磁盤上的兩個部分頁面來映射它」意味着什麼？根據我對內存映射文件的瞭解，虛擬頁面被映射到磁盤上的文件，而不是分頁文件。這是什麼意思的「部分頁面」？

此外，這裏的「scratch page」是什麼意思？我試圖在書籍（Tanenbaum的「現代操作系統」和「結構化計算機組織」）和Web上查找這個術語，但還沒有找到它。

Answer 1

首先，在閱讀書籍和文檔時，總是要仔細觀察你所看到的內容。有時作者傾向於使用「沒有其他方式」這樣的語言來推廣他們正在描述的解決方案。其他方式總是可能的。

現在就此事。現代操作系統對於每個分配的內存頁面總是有一個磁盤位置。這是有道理的。一旦有必要丟棄內存中的頁面 - 如果該頁面處於「髒」狀態，則已經清除該頁面的位置，或者如果未修改則丟棄該頁面。這一戰略被廣泛接受。儘管其他政策也是可能的。

磁盤位置可以是分頁文件或內存映射文件。內存映射文件的最常見用法 - 可執行文件和dll。他們（幾乎）從未修改過。如果一段時間內沒有使用帶有代碼的頁面 - 請丟棄它。如果控制權會到達那裏 - 從文件中重新讀取它。

在您提到的摘要中，他們說would need two partial pages on disk to map it. The first page, in particular, would be mapped onto a scratch page。他們傾向於呈現像這裏只有一個解決方案的情況。實際上，可以在分頁文件中爲這種組合頁面分配頁面並處理適當的數據複製。頁面文件中也可能沒有任何內容，並使用瞬態頁面從文件中組裝此頁面。在99％的情況下，磁盤控制器只能從頁面邊界讀取/寫入。這意味着你需要從第一個文件讀到內存頁面，從第二個文件到瞬態頁面。從瞬時頁面複製數據並立即丟棄。

如您所見，完全可以在一個頁面中組合多個文件。這裏沒有原則問題。雖然用於處理此解決方案的算法將更加複雜，並且它們將消耗更多的CPU時鐘。重建這樣的頁面（如果它將被丟棄）將需要從幾個不同的文件中讀取。在我們這些日子裏，4kb的數量是相當小的。節省2kb並不是一個巨大的收益。在我看來，看看收益和成本，我會說收益不夠重要。

Answer 2

虛擬地址頁面（在我聽過的每臺機器上）都在頁面大小的邊界上對齊。這只是因爲它讓數學變得非常簡單。在x86上，頁面大小爲4096.這正好是12位。要確定一個地址指向哪個虛擬頁面，只需將地址右移12即可。如果要將磁盤塊（假定爲4096字節）映射到5000的地址，則它將從第1頁開始（ 5000 >> 12 == 1）並在第2頁（9095 >> 12 == 2）處結束。內存映射文件通過映射虛擬地址空間塊到文件中工作，但數據按需加載（事實上，文件可能比物理內存大得多，可能不適合）。當您第一次訪問虛擬地址時，如果數據不存在（即它不在物理內存中）。處理器將發生故障，操作系統必須提取數據。當您獲取數據時，您需要獲取頁面的所有數據，否則您將無法關閉該錯誤。如果您沒有對齊地址，那麼您將不得不引入多個磁盤塊來填充頁面。你當然可以做到這一點，它只是混亂和低效率。