计算机的内存系统是存储器层次结构中最重要的一部分。在计算机中，内存被用来存储程序和数据，以便CPU能够快速访问。
内存映射
内存映射是一种将物理地址映射到虚拟地址的技术。在现代计算机系统中，CPU访问内存时，实际上是通过虚拟地址来访问的。虚拟地址空间在每个进程中是独立的，使得不同进程之间可以同时运行而不相互干扰。
内存映射通常通过分页的方式来实现。在分页系统中，物理内存被划分为一个个固定大小的页框，而虚拟地址空间被划分为相同大小的页。页表是一种数据结构，它记录了虚拟页与物理页之间的对应关系。
当CPU访问一个虚拟地址时，操作系统会根据页表找到对应的物理页，并将其映射到一个物理地址上。如果虚拟地址没有对应的物理页，那么操作系统将会触发一个缺页异常，并从磁盘中读取对应的数据到内存中。
内存映射的好处之一是提供了一种程序隔离的机制。每个进程都有自己独立的虚拟地址空间，使得每个进程感觉它们执行在自己独占的内存系统中。这种机制不仅保护了进程的安全性，还提高了系统的可靠性。
页表机制
页表是一种用于管理虚拟内存和物理内存之间映射关系的数据结构。它记录了虚拟页与物理页之间的对应关系，并提供了一种快速查找的机制。
在分页系统中，当CPU发生地址访问时，操作系统根据虚拟地址的高位找到对应的页表项，然后根据页表项中记录的物理页的地址，将虚拟地址转换为物理地址。
为了提高访问速度，现代计算机系统通常采用多级页表来实现。多级页表将整个页表分割为多个更小的页表，形成一个层级结构。这样可以减少页表的尺寸，从而减少内存开销，并提高查找效率。
需要注意的是，由于虚拟地址空间往往远大于物理地址空间，所以不同进程的虚拟地址可能会有相同的值，但映射到不同的物理地址上。这就是为什么每个进程都有自己独立的页表的原因。
总结
计算机存储器的内存映射与页表机制是现代计算机系统中非常重要的概念。通过内存映射，计算机可以提供一种程序隔离的机制，保护进程的安全性和系统的可靠性。而页表机制则实现了虚拟地址到物理地址的转换，提供了一种快速查找的机制。
了解计算机存储器的内存映射与页表机制可以帮助我们更好地理解计算机系统的工作原理，进而优化程序的性能和安全性。
参考文献：
- "Operating System Concepts" by Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin, Greg Gagne
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