Linux如何在x86-64中支持超過512GB的虛擬地址范圍？

Question

Linux的x86-64用戶虛擬地址空間為47位。 這實際上意味着Linux可以映射具有大約~128 TB虛擬地址范圍的進程。

然而，讓我感到困惑的是x86-64架構支持每個進程的ISA定義的4級分層頁表（排列為基數樹）。 頁表的根目錄最多只能映射512 GB的連續虛擬地址空間。 那么Linux如何支持512GB以上的虛擬地址范圍呢？ 它是否為每個進程使用多個頁表？ 如果是，那么對於一個進程，CR3（x86-64的寄存器包含頁表基址的地址）應包含哪個給定進程？ 我錯過了什么嗎？

Answer 1

頁表的根目錄最多只能映射512 GB的連續虛擬地址空間。 那么Linux如何支持512GB以上的虛擬地址范圍呢？ 它是否為每個進程使用多個頁表？ 如果是，那么對於一個進程，CR3（x86-64的寄存器包含頁表基址的地址）應包含哪個給定進程？ 我錯過了什么嗎？

我不知道“頁面表的根目錄”是什么意思，但x86-64上的分頁看起來像這樣：

• 頁表 - 分頁結構的最低級別。 每個都有512個8字節條目（PTE）描述一個4 KiB頁面，因此PT描述512 * 4 KiB = 2 MiB的內存（它也可以作為2 MiB頁面使用，但現在讓我們離開它）。
• 頁面目錄 - 表，類似於PT，包含指向PT的512個8字節條目（PDE）; 因此，PD描述512 * 2 MiB = 1 GiB的內存（它也可以作為1 GiB頁面，類似於PT）。
• 頁目錄頁表 - 類似於PD，但包含指向PD的512個8字節條目（PDPTE）; 所以，PDPTE描述了512 * 1 Gib = 512 GiB的內存。
• PML4是最高級別的分頁結構，是包含512個8字節條目（PML4E）的表，指向PDPT; 所以，PML4描述了512 * 512 GiB = 256 TiB的內存。

我不知道Linux的確切內存映射，但可能更高的一半（從-128 TiB到0 - 從0xFFFF800000000000到0xFFFFFFFFFFFFFFFF ）保留給內核，下半部分（從0到128 TiB - 從0x0000000000000000到0x00007FFFFFFFFFFF ）是用戶空間應用程序 因此，Linux支持512倍於您要求的512 GiB虛擬地址范圍; 甚至托瓦茲也不會說“我們不會支持PML4”。 我不知道是什么讓你感到困惑 - 是你錯過了這個部分，說頁面表映射2 MiB並且你已經把它當作一個頁面映射 - 4 KiB - 但是如果有什么我可以澄清，請詢問它。

Answer 2

通常，不共享進程地址空間，這意味着所涉及的頁表也不在不同進程之間共享。 這意味着在所有4個表級別。

當然，公共（內核）部分總是存在於所有地址空間中，因此，事實上，存在一些共享，但內存只能由內核訪問。

實際上，除此之外，每個進程都有自己的頁表，並且在任何一個進程中使用所有2 ^48個地址都沒有任何問題。 至少，CPU的部分沒有特別的限制，盡管操作系統可以有。