同页面与跨页面内存访问的I/O性能是否存在差异？

嘿，咱们先唠唠现代系统的内存管理逻辑哈——现在的内存都是按「页」来划分管理的，每一个内存地址都会拆成两个部分：页号和页偏移。

先给你明确几个前提假设，咱们的讨论都基于这些条件：

• 内存访问是完全随机的，根本没法做预取优化；
• 每次内存访问的位置都离得特别远，远到两次访问的数据完全塞不进同一个缓存行里；

那回到核心问题：同页面和跨页面的内存访问，I/O性能会有差异吗？

答案是会有明显差异，核心原因在于页表访问的额外开销：
当你访问同页面内的内存地址时，CPU只需要在第一次访问该页面时查一次页表（把虚拟页号转换成物理内存地址），之后再访问同页面的其他地址，因为页偏移直接对应物理地址的偏移，CPU可以复用之前存在TLB（地址转换后备缓冲器）里的页表缓存，不用再重复查页表，此时的开销就是普通的内存访问开销。

但如果是跨页面访问，每次触及新页面时，若TLB里没有缓存对应页号的转换信息，CPU就得重新查询页表——要是碰到多级页表的情况，还得逐层查找；更糟的是，如果目标页面不在物理内存里（触发缺页），那还要发起磁盘I/O把页面加载进来，这开销比普通内存访问大几个数量级！

结合咱们的前提假设：随机访问没法预取、访问位置极度分散，TLB的命中率会极低，跨页面访问几乎每次都要触发页表查询甚至缺页操作，这就导致跨页面访问的I/O性能远不如同页面访问。

备注：内容来源于stack exchange，提问作者D.J. Elkind