Linux如何在x86-64中支持超过512GB的虚拟地址范围？

Question

Linux的x86-64用户虚拟地址空间为47位。 这实际上意味着Linux可以映射具有大约~128 TB虚拟地址范围的进程。

然而，让我感到困惑的是x86-64架构支持每个进程的ISA定义的4级分层页表（排列为基数树）。 页表的根目录最多只能映射512 GB的连续虚拟地址空间。 那么Linux如何支持512GB以上的虚拟地址范围呢？ 它是否为每个进程使用多个页表？ 如果是，那么对于一个进程，CR3（x86-64的寄存器包含页表基址的地址）应包含哪个给定进程？ 我错过了什么吗？

Answer 1

页表的根目录最多只能映射512 GB的连续虚拟地址空间。 那么Linux如何支持512GB以上的虚拟地址范围呢？ 它是否为每个进程使用多个页表？ 如果是，那么对于一个进程，CR3（x86-64的寄存器包含页表基址的地址）应包含哪个给定进程？ 我错过了什么吗？

我不知道“页面表的根目录”是什么意思，但x86-64上的分页看起来像这样：

• 页表 - 分页结构的最低级别。 每个都有512个8字节条目（PTE）描述一个4 KiB页面，因此PT描述512 * 4 KiB = 2 MiB的内存（它也可以作为2 MiB页面使用，但现在让我们离开它）。
• 页面目录 - 表，类似于PT，包含指向PT的512个8字节条目（PDE）; 因此，PD描述512 * 2 MiB = 1 GiB的内存（它也可以作为1 GiB页面，类似于PT）。
• 页目录页表 - 类似于PD，但包含指向PD的512个8字节条目（PDPTE）; 所以，PDPTE描述了512 * 1 Gib = 512 GiB的内存。
• PML4是最高级别的分页结构，是包含512个8字节条目（PML4E）的表，指向PDPT; 所以，PML4描述了512 * 512 GiB = 256 TiB的内存。

我不知道Linux的确切内存映射，但可能更高的一半（从-128 TiB到0 - 从0xFFFF800000000000到0xFFFFFFFFFFFFFFFF ）保留给内核，下半部分（从0到128 TiB - 从0x0000000000000000到0x00007FFFFFFFFFFF ）是用户空间应用程序 因此，Linux支持512倍于您要求的512 GiB虚拟地址范围; 甚至托瓦兹也不会说“我们不会支持PML4”。 我不知道是什么让你感到困惑 - 是你错过了这个部分，说页面表映射2 MiB并且你已经把它当作一个页面映射 - 4 KiB - 但是如果有什么我可以澄清，请询问它。

Answer 2

通常，不共享进程地址空间，这意味着所涉及的页表也不在不同进程之间共享。 这意味着在所有4个表级别。

当然，公共（内核）部分总是存在于所有地址空间中，因此，事实上，存在一些共享，但内存只能由内核访问。

实际上，除此之外，每个进程都有自己的页表，并且在任何一个进程中使用所有2 ^48个地址都没有任何问题。 至少，CPU的部分没有特别的限制，尽管操作系统可以有。