为什么 Linux 默认页大小是 4KB

为什么 Linux 默认页大小是 4KB？

Linux 作为一种广泛使用的操作系统，其默认页大小被设置为 4KB，这一设计背后有着深刻的历史和技术原因。本文将探讨 Linux 页大小设置为 4KB 的原因，以及这一设计对系统性能的影响。

1. 历史背景

在计算机成长的早期，内存管理技术尚未成熟，由此页大小（page size）的选择较为随意。随着计算机硬件技术的成长，内存容量逐渐增大，对内存管理的要求也越来越高。为了节约内存管理的快速和性能，页大小逐渐被标准化。

2. 页大小与内存碎片

页大小是内存管理中的一个重要参数，它决定了内存被划分成多少个页。在 Linux 系统中，页大小被设置为 4KB。下面将解释为什么 4KB 的页大小有利于减少内存碎片。

内存碎片是指内存中未被使用的空间碎片化，让无法被有效利用。内存碎片分为两种：内部碎片和外部碎片。

内部碎片是指分配给进程的内存页中未被使用的空间。当进程请求的内存大小小于页大小时，系统会为其分配一个完整的页，从而让内部碎片的产生。而 4KB 的页大小可以减少内部碎片的产生，出于进程请求的内存大小通常小于 4KB。

外部碎片是指未被分配的内存页之间无法拼接成足够大的连续空间。当多个进程请求不同大小的内存时，系统需要为其分配多个内存页。如果这些内存页之间存在外部碎片，那么它们将无法拼接成连续的内存空间。4KB 的页大小可以减少外部碎片的产生，出于较小的页大小可以更好地适应进程对内存的需求。

3. 页大小与性能

页大小不仅与内存碎片有关，还直接影响着系统的性能。以下是 4KB 页大小对系统性能的影响：

（1）减少页面置换次数：页面置换是指操作系统将内存中的一个页淘汰到磁盘上的过程。当内存页大小较小时，系统需要更频繁地进行页面置换，从而增长了磁盘 I/O 操作的次数，降低了系统性能。而 4KB 的页大小可以减少页面置换次数，节约系统性能。

（2）节约内存访问速度：较小的页大小可以减少内存访问的时间，出于较小的页更容易被加载到缓存中。在 Linux 系统中，缓存是一个重要的性能优化手段。4KB 的页大小可以节约缓存命中率，从而节约内存访问速度。

（3）减少内存占用：较小的页大小可以减少内存占用，出于每个页的容量更小。这对于内存资源有限的系统来说具有重要意义。

4. 页大小与其他操作系统的比较

与其他操作系统相比，Linux 的默认页大小为 4KB。以下是 Linux 与其他操作系统在页大小方面的比较：

（1）Windows：Windows 的默认页大小为 4KB。与 Linux 类似，Windows 也采用 4KB 的页大小，这有利于减少内存碎片和节约系统性能。

（2）macOS：macOS 的默认页大小为 4KB。与 Linux 和 Windows 类似，macOS 也采用 4KB 的页大小，这有利于节约系统性能。

（3）FreeBSD：FreeBSD 的默认页大小为 8KB。与 Linux 和其他操作系统相比，FreeBSD 的页大小较大，这大概让内存碎片增长和系统性能下降。

5. 总结

Linux 默认页大小为 4KB，这一设计有利于减少内存碎片、节约系统性能和减少内存占用。4KB 的页大小已成为现代操作系统的标准配置，被广泛应用于各种硬件和软件环境中。

然而，随着硬件技术的成长，一些操作系统开端尝试采用更大的页大小，如 8KB 或 16KB。这些更大的页大小大概有利于节约系统性能，但同时也大概让内存碎片增长。由此，在未来的成长中，页大小选择将是一个需要综合考虑多个因素的纷乱问题。

# Linux 默认页大小为 4KB 的原因
1. 历史背景
2. 页大小与内存碎片
3. 页大小与性能
4. 页大小与其他操作系统的比较
5. 总结

本文从历史背景、内存碎片、性能、与其他操作系统的比较以及总结等方面，详细阐述了 Linux 默认页大小为 4KB 的原因。愿望对您有所帮助。

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