operating-system - 64 位和 32 位操作系统中的逻辑地址空间

Question

目前我正在阅读 Galvin 的操作系统原理一书。我很喜欢阅读它，但同时我有一个问题。

我可以说如果我使用 64 位操作系统，那么（CP​​U 生成的）逻辑地址空间可以是 64 位的吗？即它将能够在物理内存中映射大量帧。如果我使用 32 位操作系统，那么 CPU 最多可以生成 2^32 个逻辑地址空间。

那是对的吗？

Answer 1

有点，但有许多技术细节使这些名称不太有用。

首先，有两种不同的大小对操作系统很重要：地址大小和数据大小。地址大小决定了可用的地址空间有多大，而数据大小决定了单字操作可以使用多少数据。以我的经验，操作系统通常由数据大小来识别，这意味着地址大小可能是别的东西。

下面是一些示例架构及其地址和数据大小。如表所示，当今最常见的 32 位和 64 位架构具有相同的数据和地址大小，这就是您的陈述部分正确的原因。请注意，16 位模式下的 x86 处理器的地址大小大于数据大小。这是由于在寻址中使用了额外的段寄存器造成的，这使得架构的限制更少。

                 地址大小 数据大小
x86 16 位 20 位 16 位
x86 32 位 32 位 32 位
x86 64 位 64 位 64 位
ARM 32 位 32 位 32 位
ARM 64 位 64 位 64 位

然而，地址大小并不一定表明可以使用多大的逻辑地址空间。可能存在将空间限制在较小区域的限制。例如，当前没有 x86-64 处理器支持 64 位地址空间。相反，它们要求任何地址的高 16 位是第 47 位的符号扩展，允许 2 ⁴⁸地址空间，256 TiB 而不是 16 EiB。这减少了需要在处理器中使用的地址线数量，同时允许的地址线数量远远超过目前使用的任何人。

最后，到目前为止，一切都与逻辑或虚拟地址空间有关。物理地址空间可以有不同的大小。较新的 32 位 x86 系统具有物理地址扩展，可启用 36 位物理地址，并且 x86-64 系统被限制为不超过 52 位物理地址空间，但这可能会受到内存控制器/主板的进一步限制。当逻辑地址空间大于物理地址空间时，它允许将整个物理地址空间一次映射到多个位置。当逻辑地址空间较小时，它允许多个完整的地址空间同时存储在物理内存中。