在 x86 架构上，为什么虚拟地址空间的位比物理地址少？

Question

我正在阅读有关 64 位计算的这篇文章，其中提到：

例如，截至 2011 年的 AMD64 架构允许物理内存为 52 位，虚拟内存为 48 位

我认为允许更多的虚拟内存比物理内存更有意义，那么为什么实际上相反呢？

额外问题：在 64 位架构上“允许”52 位或 48 位是什么意思？其他位是做什么用的？

Answer 1

这是一张 AMD64 页表的图片（来自 AMD Architecture Programmer's Guide, Vol. 2, Rev 3.23, 2013, page 132）。

AMD64 架构中页面的“自然”大小是 2 ¹² =4096 字节。（有些模式可以有 2 ²¹ = 2Mbyte 页，但我们现在将忽略它们。）

每个页表条目 (PTE)（或取决于称为 PDE、PDPE 或 PML4E 的级别）是 64 位 = 2 ³字节。所以每页有 2 ⁹个条目。因此，4 级页表为每个进程提供 4x9+12=48 位的虚拟地址。遍历页表很昂贵，因此除非/直到有消费者需求，否则它们不会扩展到 5 或 6 级。

我不确定他们为什么决定 52 位物理地址限制。这可以在未来扩展到 63 位。以 2013 年 10 月的价格（4Gbit 芯片约 1 美元/千兆），构建 2 ⁵²字节内存将花费超过 32,000,000.00 美元，因此需要一段时间才能有任何显着的增加物理地址限制的需求。您想要保持物理地址尽可能小的原因有很多：例如，TL​​B 和缓存标签必须保存物理地址。

物理内存多于虚拟内存并不一定会倒退。虚拟内存是每个进程的，而物理内存是由所有进程共享的。因此，具有 48 位虚拟地址和 2 ⁵²字节内存的服务器可以同时支持 16 个进程，并且仍然保证不需要交换。