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我正在阅读“理解 Linux 内核”。

64 位架构的分页

正如我们在前几节中看到的，32 位微处理器通常使用两级分页。然而，两级分页不适用于采用 64 位架构的计算机。让我们用一个思想实验来解释原因：

首先假设标准页面大小为 4 KB。因为 1 KB 覆盖了 2 10 个地址的范围，4 KB 覆盖了 2 12 个 地址，所以 Offset 字段是 12 位。这留下了多达 52 位的线性地址要分布在表和目录字段之间。如果我们现在决定只使用 64 位中的 48 位进行寻址（这个限制给我们留下了一个舒适的 256 TB 地址空间！），剩余的 48-12 = 36 位将不得不在表和目录字段之间拆分。如果我们现在决定为这两个字段中的每一个保留 18 位，那么每个进程的页目录和页表都应该包含 2 18个条目，即超过 256,000 个条目。

  1. “如果我们现在决定只使用 64 位中的 48 位进行寻址”。为什么？& 为什么只有 48 位？为什么不是其他号码？

  2. 好吧，我只是一个普通的 PC 用户和程序员。我很难相信 32 位寻址，即每个进程 4GB（更正确的是 2GB/3GB）地址空间是一个限制。如果你真的遇到了这个限制。请举个例子。

  3. windows的这个限制是多少？

  4. 我知道虚拟内存！=物理内存和处理器地址引脚与虚拟内存无关。这是一个完全不同的问题。如何知道处理器的地址引脚数量（= 地址总线的大小）。http://ark.intel.com处理器规格不包括此规格。

回答：

有关第一个问题的合理答案，请参见Paul Betts 的答案。

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这些答案都不是正确的，操作系统不使用完整的 64 位的原因是因为页表会大得多（64 位已经达到 3 级页表），并且没有理由付费需要额外的间接，48位就足够了。48 位也很方便，因为您可以获得一些额外的位来存储标志（指针标记）

于 2010-07-10T19:58:03.683 回答
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“如果我们现在决定只使用 64 位中的 48 位进行寻址”。为什么？& 为什么只有 48 位？为什么不是其他号码？

系统架构师做出权衡。256TB 似乎足以容纳 1 个进程的地址空间。记住虚拟地址！=物理地址，一般来说，每个进程都有自己的地址空间。

只要指针是 64 位，这更多的是性能问题。如果 & 当 48 位成为限制时，可以调整操作系统以使用 64 位地址空间的更多位，而不会破坏应用程序的不兼容性。目前，建筑师们只是在为自己争取一段非常舒适的时间。

它可能与处理器端的虚拟寻址功能有关，因为现在许多处理器都有内存管理单元来处理虚拟 -> 物理内存映射。

如何知道处理器的地址引脚数量（= 地址总线的大小）。http://ark.intel.com处理器规格不包括此规格。

这在很大程度上是无关紧要的。这是处理器实现各种物理寻址方案的一种方式。如果总线是同步的并且地址位及时多路复用，则 64 位处理器可以使用 64、32、16、8、4、2 或 1 个地址引脚为其完整的地址空间实现外部地址/数据总线。同样，虚拟地址！=物理地址；64 位虚拟寻址可以用 48 位或 32 位物理地址来实现（只是您将被限制为 2 48或 2 32 个字的内存）。

更新：如果你真的想知道，你必须查看每个处理器的数据表。例如Intel Core 2 Duo——数据表的第 4.2 节讨论了信号——地址总线是 36 位宽（但实际上是 33 条信号线；数据宽度是 64 位 = 8 字节，所以其他 3 条线是适当的数据对齐可能是不必要的）

好吧，我只是一个普通的 PC 用户和程序员。我很难相信 32 位寻址，即每个进程 4GB（更正确的是 2GB/3GB）地址空间是一个限制。如果你真的遇到了这个限制。请举个例子。

两个词：内存映射文件。

于 2010-07-10T14:39:26.990 回答
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当前没有任何 x86-64 设计为此使用超过48 位- 所以这是一个方便选择的数字，它在 Windows 上也自动具有相同的限制。

于 2010-07-10T14:43:24.847 回答
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我很难相信 32 位寻址，即每个进程 4GB（更正确的是 2GB/3GB）地址空间是一个限制。如果你真的遇到了这个限制。请举个例子。

从 RAM 获取数据比从磁盘获取数据更有效（更快）。

SQL 服务器的速度部分取决于它能够在 RAM 中而不是在磁盘上保存多少数据（例如，它的索引和数据页的数量）。

因此，SQL 数据库（例如）在 RAM 超过 4GB 的机器上可能会更快。

对于其他类型的服务器（例如文件服务器、HTTP 代理等）也是如此，如果它们可以有更大的 RAM 缓存，它们会更快。

于 2010-07-10T14:44:03.857 回答
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我认为最简单的答案是——摩尔定律。

摩尔定律基本上说 IC 每 18 个月成本减半。有一些方法可以解释这一点： PC 中安装的内存量往往每 18 个月翻一番。有效速度翻倍（至少如果您采用内核 * MHz 而不仅仅是 MHz）。

无论如何，我们真的用完了 32 位地址空间，所以从 32 到 48 的跳跃意味着，在硬件方面，我们已经为摩尔定律的大约 16 次迭代分配了扩展空间 - 大约 20 年。

我很确定，虽然有些 PC 可能会被推到 10 年，但 20 年的扩展空间似乎是一个不错的权衡：20 年后的计算机将会有所不同——它们不会使用相同的 CPU 和 RAM 总线，就像他们在 20 年前不一样。在界面中设计超过 20 年的余量对于永远不会被使用的工程设计简直是愚蠢的。

而且它并没有那么短，以至于现有硬件存在过早被淘汰的真正风险。

于 2010-07-10T19:52:53.520 回答
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我很难相信 32 位寻址，即每个进程 4GB（更正确的是 2GB/3GB）地址空间是一个限制。如果你真的遇到了这个限制。请举个例子。

它不再存在（除了在一些老员工的个人机器上），但我在 1990 年代末/2000 年代初开发了一套名为 RealiMation 的软件。这是一个用于可视化和模拟的实时 3D 引擎。我们的一位客户经常创建达到 2GB 内存限制的高度详细的模型。我们将在需要时动态加载纹理，并且必须添加代码来检查内存分配失败，以便我们可以继续显示模型，尽管没有纹理。

于 2010-07-10T20:10:57.003 回答
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从硬件的角度来看，另一个考虑因素是对齐。

一旦您需要超过 4 个字节的数据类型，比如 6 个，您需要将它们放在 8 字节边界上，以便在一条指令中检索它们。如果不对齐，则需要进行位屏蔽和移位，并在（汇编）代码中添加对此的检查。

许多人对切换到 64 位感到恼火，因为他们的程序消耗了如此多的内存。他们会想要48 位指针，如果没有对齐限制，CPU 制造商可能会制造 48 位架构。

请注意，如果您非常需要内存，以至于您希望指针为 6 个字节，那么有办法做到这一点。但是执行时间会受到惩罚。

于 2014-02-04T14:10:17.420 回答