每个进程都有一份自己的页表

概要：说明“每个进程一份页表”是进程隔离的核心手段：用户空间低地址映射各自独立，内核空间高地址映射共享，并通过修改 %cr3 寄存器实现页表切换。

在绝大多数现代操作系统中，每个进程（应用）都拥有自己独立的一份页表。

这是操作系统实现“进程隔离”最核心的手段。如果所有应用共用一份页表，那 A 应用就能轻而易举地读写 B 应用的数据，电脑就会变成一个大乱炖，毫无安全性可言。

1. 独立的地基：用户空间 (User Space)

每个进程的页表在低地址部分（从 0 开始往上）的映射是完全不同的。

• 进程 A 的页表：把虚拟地址 0x1000 映射到物理内存的第 50 号页框。
• 进程 B 的页表：把虚拟地址 0x1000 映射到物理内存的第 90 号页框。

结果：虽然 A 和 B 都在操作 0x1000 这个地址，但由于它们使用的是不同的页表，硬件最终访问的是物理内存中完全不同的两个地方。

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2. 共享的天空：内核空间 (Kernel Space)

虽然每个进程都有独立的页表，但这些页表有一个共同点：它们的高地址部分（0x80000000 以上）的映射通常是一模一样的。

• 为什么要一样？ 因为内核只有一份。无论当前运行的是哪个进程，只要它发起系统调用进入内核，看到的内核代码和硬件驱动都应该是同一套。
• 如何实现？ 当操作系统创建一个新进程时，它会把“内核页表”的内容直接复制到新进程页表的高地址项中。

比喻：每个进程都是一座独立的“孤岛”（用户空间），但所有孤岛抬头看到的都是同一片“天空”（内核空间）。

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3. 硬件是如何切换的？ (%cr3 寄存器)

既然有这么多份页表，CPU 怎么知道现在该用哪一份呢？

这就是内核中 “进程切换（Context Switch）” 的工作了：

1. 当 CPU 从进程 A 切换到 进程 B 时。
2. 内核会找到进程 B 的 struct proc 结构体，取出其中的 p->pgdir（这是进程 B 页表的物理首地址）。
3. 内核执行一条特殊的指令，把这个地址加载到 CPU 的 %cr3 寄存器中。
4. 一旦 %cr3 被更新，整个世界的翻译规则瞬间改变。从那一刻起，所有的虚拟地址都会按照进程 B 的页表进行翻译。

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总结

维度	情况	目的
页表数量	每个进程一份	确保每个进程有独立的地址空间。
映射内容	低地址独有，高地址共享	独有部分实现隔离，共享部分实现内核统一访问。
切换机制	修改 %cr3 寄存器	让硬件实时跟随当前运行的进程进行翻译。

冷知识：这种“每个进程一份页表”的设计虽然安全，但也有代价。如果系统里有 1000 个进程，就要存 1000 份页表，这会消耗不少内存。所以现代 CPU 引入了多级页表（Multi-level Page Table）来节省空间，只给真正用到的地址分配页表项。