ขนาดหน้าถูกกำหนดในพื้นที่ที่อยู่เสมือนอย่างไร

Linux ใช้ระบบหน่วยความจำเสมือนที่อยู่ทั้งหมดเป็นที่อยู่เสมือนไม่ใช่ที่อยู่จริง ที่อยู่เสมือนเหล่านี้จะถูกแปลงเป็นที่อยู่จริงโดยโปรเซสเซอร์

เพื่อให้การแปลนี้ง่ายขึ้นหน่วยความจำเสมือนและกายภาพจะถูกแบ่งออกเป็นหน้า ๆ แต่ละหน้าเหล่านี้จะได้รับหมายเลขที่ไม่ซ้ำกัน; หมายเลขเฟรมหน้า

ขนาดหน้าบางขนาดอาจเป็น 2 KB, 4 KB เป็นต้น แต่จะมีการกำหนดหมายเลขขนาดหน้านี้อย่างไร มันได้รับอิทธิพลจากขนาดของสถาปัตยกรรมหรือไม่? ตัวอย่างเช่นบัส 32 บิตจะมีพื้นที่ที่อยู่ 4 GB

คุณสามารถค้นหาขนาดหน้าเริ่มต้นของระบบได้โดยการสอบถามการกำหนดค่าผ่านทางgetconfคำสั่ง:

$ getconf PAGE_SIZE
4096

หรือ

$ getconf PAGESIZE
4096

หมายเหตุ:หน่วยข้างต้นโดยทั่วไปแล้วเป็นไบต์ดังนั้น 4096 จึงเท่ากับ 4096 ไบต์หรือ 4kB

นี่คือการเดินสายในแหล่งเคอร์เนลของ Linux ที่นี่:

ตัวอย่าง

$ 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))

การเปลี่ยนให้คุณ 4096 เป็นอย่างไร?

เมื่อคุณเลื่อนบิตคุณกำลังทำการคูณแบบไบนารีด้วย 2 ดังนั้นการเปลี่ยนบิตไปทางซ้าย ( 1 << PAGE_SHIFT) จะทำการคูณ 2 ^ 12 = 4096

$ echo "2^12" | bc
4096

ฮาร์ดแวร์ (โดยเฉพาะMMUซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ CPU) กำหนดขนาดหน้ากระดาษที่เป็นไปได้ ไม่มีความสัมพันธ์กับขนาดการลงทะเบียนของโปรเซสเซอร์และมีความสัมพันธ์ทางอ้อมกับขนาดพื้นที่ที่อยู่ (ในที่ MMU กำหนดทั้งสอง)

สถาปัตยกรรมเกือบทั้งหมดรองรับขนาดหน้ากระดาษ 4kB สถาปัตยกรรมบางแห่งรองรับหน้าเว็บที่ใหญ่ขึ้น (และอีกไม่กี่เพจก็สนับสนุนเพจขนาดเล็กกว่า) แต่ 4kB เป็นค่าเริ่มต้นที่แพร่หลายมาก

Linux รองรับสองขนาดหน้า:

• หน้าขนาดปกติซึ่งผมเชื่อว่าเป็น 4KB โดยเริ่มต้นในสถาปัตยกรรมทั้งหมดแม้ว่าสถาปัตยกรรมบางอนุญาตให้มีค่าอื่น ๆ เช่น 16kb ในARM64หรือ 8KB, 16KB หรือ 64kB ในIA64 สิ่งเหล่านี้สอดคล้องกับระดับที่ลึกที่สุดของคำอธิบายบน MMU (สิ่งที่ Linux เรียกPTE )
• หน้าเว็บขนาดใหญ่หากรวบรวมไว้ ( CONFIG_HUGETLB_PAGEจำเป็นและCONFIG_HUGETLBFSรวมถึงการใช้งานส่วนใหญ่ด้วย) สิ่งนี้สอดคล้องกับตัวบอก MMU ระดับลึกที่สุดอันดับสอง (สิ่งที่ Linux เรียกว่า PMD) (หรืออย่างน้อยก็มักจะทำฉันไม่รู้ว่าสิ่งนี้จะยึดตามสถาปัตยกรรมทั้งหมดหรือไม่)

ขนาดหน้ากระดาษมีการประนีประนอมระหว่างการใช้หน่วยความจำการใช้หน่วยความจำและความเร็ว

• ขนาดหน้ากระดาษที่ใหญ่ขึ้นหมายถึงการสิ้นเปลืองมากขึ้นเมื่อมีการใช้งานหน้ากระดาษเพียงบางส่วน
• ระดับตัวบ่งชี้ MMU ที่ลึกกว่าหมายถึงหน่วยความจำเคอร์เนลเพิ่มเติมสำหรับตารางหน้า
• ระดับตัวบ่งชี้ MMU ที่ลึกกว่าหมายถึงเวลาที่ใช้ในการสำรวจเส้นทางตารางหน้ามากขึ้น

กำไรที่เพิ่มขึ้นจากขนาดหน้ากระดาษที่เล็กมากสำหรับแอปพลิเคชั่นส่วนใหญ่ในขณะที่ต้นทุนนั้นสูง นี่คือเหตุผลที่ระบบส่วนใหญ่ใช้หน้าขนาดปกติเท่านั้น

ท่านสามารถสอบถาม (ปกติ) ขนาดหน้าในระบบของคุณกับยูทิลิตี้หรือฟังก์ชั่นซีgetconfsysconf

$ getconf PAGE_SIZE
4096

การใช้เพจขนาดใหญ่จำเป็นต้องติดตั้งhugetlbfsระบบไฟล์และmmapไฟล์ ping ที่นั่น

ขนาดหน้าขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมของโปรเซสเซอร์เป็นส่วนใหญ่ บน x86 จากเวลาของตัวประมวลผล 386 ซึ่งแนะนำโหมดการป้องกันขนาดหน้าเป็น 4 kB

ในโหมด x64 อาจมีเพจขนาดใหญ่ซึ่งมีขนาด 2 MB อย่างไรก็ตามการใช้สิ่งเหล่านี้ค่อนข้างซับซ้อน

คุณสามารถค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับขนาดหน้าในบทความ Wikipedia

โปรเซสเซอร์กำหนดขนาดหน้ากระดาษที่มีอยู่ เพื่อวัตถุประสงค์ส่วนใหญ่ฮาร์ดแวร์ที่ใช้งานขนาดหน้าในโปรเซสเซอร์ x86 และ x86_64 คือ 4kb อย่างไรก็ตามระบบปฏิบัติการสามารถจัดสรรได้มากกว่าหนึ่งหน้าในเวลาเดียวกันถ้ามันต้องการและใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ 8kb, 16kb หรือ 32kb ในซอฟต์แวร์

โปรเซสเซอร์ x86 และ x86_64 สามารถตามลำดับสามารถผสมหน้า 4mb และ 2mb พร้อมกับหน้า 4kb มาตรฐาน หากความสามารถนั้นถูกนำมาใช้ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจัดสรรพื้นที่เคอร์เนล