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＆＃39; s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？

我不知道你的意思是＆＃34;页表的根目录＆＃34;，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描述了512 * 4 KiB = 2 MiB内存（它也可以作为2 MiB页面使用，但现在让它离开）。
• 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描述了512 * 2 MiB = 1 GiB内存（它也可以作为1 GiB页面，类似于PT）。
• 页面目录页面表 - 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内存。
• PML4，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的记忆。

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）用于用户空间应用程序。因此，Linux支持512倍于您要求的512 GiB虚拟地址范围;甚至Torvalds也不会说'＃34;我们不会支持PML4＆＃34;。我不知道是什么让你感到困惑 - 这是因为你错过了这个部分，说页面表映射了2个MiB而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，问一下。

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。

除此之外，实际上，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个 ⁴⁸ 地址都没有任何问题。至少，CPU的部分没有特别限制，尽管可以有操作系统。