虚拟地址空间中的页面大小是如何确定的？

Question

Linux 使用虚拟内存系统，其中所有地址都是虚拟地址而不是物理地址。这些虚拟地址由处理器转换为物理地址。

为了使这种转换更容易，虚拟和物理内存被划分为页面。这些页面中的每一个都有一个唯一的编号；页框编号。

有些页面大小可以是 2 KB、4 KB 等。但是这个页面大小数字是如何确定的？它是否受架构大小的影响？例如，32 位总线将有 4 GB 地址空间。

Answer 1

您可以通过以下getconf命令查询系统的配置来找出系统的默认页面大小：

$ getconf PAGE_SIZE
4096

或者

$ getconf PAGESIZE
4096

注意：上述单位通常以字节为单位，因此 4096 等于 4096 字节或 4kB。

这是在 Linux 内核的源代码中硬连线的：

例子

$ more /usr/src/kernels/3.13.9-100.fc19.x86_64/include/asm-generic/page.h
...
...
/* PAGE_SHIFT determines the page size */

#define PAGE_SHIFT  12
#ifdef __ASSEMBLY__
#define PAGE_SIZE   (1 << PAGE_SHIFT)
#else
#define PAGE_SIZE   (1UL << PAGE_SHIFT)
#endif
#define PAGE_MASK   (~(PAGE_SIZE-1))

换挡如何给你 4096？

当您移位时，您执行的是 2 的二进制乘法。因此，向左移位 ( 1 << PAGE_SHIFT) 实际上是在执行 2^12 = 4096 的乘法。

$ echo "2^12" | bc
4096

Answer 2

硬件（特别是MMU，它是 CPU 的一部分）决定了可能的页面大小。与处理器寄存器大小没有关系，与地址空间大小只有间接关系（因为 MMU 决定两者）。

几乎所有架构都支持 4kB 的页面大小。一些架构支持更大的页面（有些还支持更小的页面），但 4kB 是一个非常普遍的默认值。

Linux 支持两种页面大小：

• 正常大小的页面，我认为在所有体系结构上默认为 4kB，尽管某些体系结构允许其他值，例如ARM64 上的16kB 或IA64上的 8kB、16kB 或 64kB 。这些对应于 MMU 上最深级别的描述符（Linux 称之为PTE）。
• 巨大的页面，如果编译在 (CONFIG_HUGETLB_PAGE是必要的，并且CONFIG_HUGETLBFS对于大多数用途也是如此)。这对应于 MMU 描述符的第二深级别（Linux 称之为 PMD）（或者至少通常如此，我不知道这是否适用于所有架构）。

页面大小是内存使用、内存使用和速度之间的折衷。

• 当页面被部分使用时，更大的页面大小意味着更多的浪费，因此系统会更快地耗尽内存。
• 更深的 MMU 描述符级别意味着更多的内核内存用于页表。
• 更深的 MMU 描述符级别意味着更多的时间花在页表遍历上。

对于大多数应用程序而言，较大页面大小的收益很小，而成本却很高。这就是为什么大多数系统只使用正常大小的页面。

您可以使用getconf实用程序或 C 函数查询系统上的（正常）页面大小sysconf。

$ getconf PAGE_SIZE
4096

使用大页面需要挂载hugetlbfs文件系统并mmap在那里 ping 文件。