ทำไม Debian Linux อนุญาตพื้นที่ที่อยู่เสมือนสูงสุด 128TiB ต่อกระบวนการ แต่เพียงหน่วยความจำฟิสิคัล 64TiB

ฉันเพิ่งอ่านที่นี่ :

• พื้นที่แอดเดรสเสมือนสูงสุด 128TiB ต่อกระบวนการ (แทน 2GiB)
• รองรับหน่วยความจำฟิสิคัล 64TiB แทน 4GiB (หรือ 64GiB ที่มีนามสกุล PAE)

ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น? ฉันหมายถึงการสนับสนุนหน่วยความจำกายภาพถูก จำกัด โดยเคอร์เนลหรือโดยฮาร์ดแวร์ปัจจุบัน

ทำไมคุณต้องการพื้นที่หน่วยความจำเสมือนสองเท่ากว่าหน่วยความจำกายภาพที่คุณสามารถระบุได้จริง

ข้อ จำกัด เหล่านั้นไม่ได้มาจาก Debian หรือ Linux แต่มาจากฮาร์ดแวร์ สถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน (โปรเซสเซอร์และบัสหน่วยความจำ) มีข้อ จำกัด ต่างกัน

โปรเซสเซอร์ PC x86-64 ปัจจุบัน MMU ช่วย48 บิตของพื้นที่ที่อยู่เสมือน นั่นหมายความว่าพื้นที่ที่อยู่ถูก จำกัด ไว้ที่ 256TB ด้วยหนึ่งบิตเพื่อแยกความแตกต่างของเคอร์เนลที่อยู่จากที่อยู่ของผู้ใช้นั้นจะเหลือ 128TB สำหรับพื้นที่ที่อยู่ของกระบวนการ

บนโปรเซสเซอร์ x86-64 ปัจจุบันฟิสิคัลแอดเดรสสามารถใช้สูงสุด 48 บิตซึ่งหมายความว่าคุณสามารถมีสูงสุด 256TB ขีด จำกัด เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่เปิดตัวสถาปัตยกรรม amd64 (จาก 40 บิตหากฉันจำได้ถูกต้อง) พื้นที่ที่อยู่แต่ละบิตมีค่าใช้จ่ายในการเดินสายและถอดรหัสตรรกะ (ซึ่งทำให้โปรเซสเซอร์มีราคาแพงช้าลงและร้อนขึ้น) ดังนั้นผู้ผลิตฮาร์ดแวร์จึงมีแรงจูงใจที่จะลดขนาดลง

Linux อนุญาตให้ที่อยู่ทางกายภาพสูงถึง 2 ^ 46 เท่านั้น (ดังนั้นคุณสามารถมีได้มากถึง 64TB) เพราะจะทำให้หน่วยความจำทางกายภาพถูกแมปในพื้นที่เคอร์เนลทั้งหมด โปรดจำไว้ว่าพื้นที่ที่อยู่มี 48 บิต หนึ่งบิตสำหรับเคอร์เนล / ผู้ใช้มี 47 บิตสำหรับพื้นที่แอดเดรสเคอร์เนล ครึ่งหนึ่งของที่อยู่หน่วยความจำกายภาพส่วนใหญ่โดยตรงและอีกครึ่งหนึ่งช่วยให้เคอร์เนลแผนที่สิ่งที่มันต้องการ (Linux สามารถรับมือกับหน่วยความจำกายภาพที่ไม่สามารถแมปได้เต็มรูปแบบในเวลาเดียวกัน แต่มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นดังนั้นจึงทำเฉพาะในแพลตฟอร์มที่ต้องการเช่นx86-32 กับ PAEและ armv7 กับ LPAE)

มันมีประโยชน์สำหรับหน่วยความจำเสมือนที่จะใหญ่กว่าหน่วยความจำกายภาพด้วยเหตุผลหลายประการ:

• มันช่วยให้เคอร์เนลแมปหน่วยความจำกายภาพทั้งหมดและมีพื้นที่เหลือสำหรับการแม็พเสมือน
• นอกเหนือจากการแมปหน่วยความจำกายภาพแล้วยังมีการแมปสลับไฟล์และไดรเวอร์อุปกรณ์
• มีประโยชน์ที่จะมีหน่วยความจำที่ไม่ได้แมปอยู่ในสถานที่: ปกป้องเพจเพื่อดักจับบัฟเฟอร์โอเวอร์โฟลต์โซนที่ไม่ได้แมปขนาดใหญ่เนื่องจากASLRเป็นต้น

ฉันไม่รู้ว่าทำไม แต่ฉันสามารถคิดได้เจ็ดเหตุผลว่าทำไมมันจะมีประโยชน์ในการสนับสนุนพื้นที่ที่อยู่สองเท่าของหน่วยความจำกายภาพ

1. สิ่งแรกคือเพื่อให้คุณสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันที่ต้องการหน่วยความจำเพิ่มเติม - แม้ว่าจะหมายถึงการสลับไปยังดิสก์
2. รูปแบบหน่วยความจำที่สะอาดขึ้นสำหรับการใช้งานหน่วยความจำพาร์ติชัน เช่นระบบปฏิบัติการอาจใช้ที่อยู่ที่มีหมายเลขสูงกว่าและปล่อยให้ที่อยู่ที่มีตัวเลขต่ำกว่าสำหรับแอปพลิเคชันเพื่อให้ตัวแยกสะอาดขึ้น
3. การสุ่มเลย์เอาต์ของพื้นที่ที่อยู่นั้นมีประสิทธิภาพมากกว่า
4. การทำเครื่องหมายหน้าเว็บเป็นไฟล์เรียกทำงานอาจหมายถึงหน่วยความจำเหลือ
5. I / O ที่แมปหน่วยความจำ
6. การจัดสรรหน่วยความจำง่ายกว่า: เราสามารถจัดสรรชิ้นที่ใหญ่กว่าได้ในแต่ละครั้ง
7. การกระจายตัวของหน่วยความจำลดลง

นั่นคือข้อ จำกัด ของฮาร์ดแวร์ ฮาร์ดแวร์ x86_64 / amd64 ปัจจุบันให้ที่อยู่เสมือน 48- บิตและขนาดต่าง ๆ (ขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งาน - เช่นเวิร์กสเตชันของฉันที่นี่รองรับเฉพาะ 36 บิต) เคอร์เนล Linux แบ่งพื้นที่ที่อยู่เสมือนครึ่งหนึ่ง (ใช้ครึ่งสำหรับเคอร์เนลครึ่งหนึ่งสำหรับพื้นที่ผู้ใช้เหมือนกับที่ทำบน x86)

ดังนั้นคุณจะได้รับ:

2⁴⁸ไบต์÷ 2 = 2⁴⁷ไบต์ = 128 TiB

ขนาดของที่อยู่ทางกายภาพมักจะเล็กกว่าเนื่องจากเป็นของจริง มันใช้หมุด / แผ่นทรานซิสเตอร์การเชื่อมต่อ ฯลฯ เปิด / ใน CPU และเส้นการติดตามบนกระดาน อาจเป็นเช่นเดียวกันในชิปเซ็ต มันไม่มีเหตุผลที่จะสนับสนุน ram จำนวนมากซึ่งไม่น่าจะเรียกได้ว่าอายุการใช้งานการออกแบบของคอร์หรือซ็อกเก็ต - สิ่งเหล่านี้เสียค่าใช้จ่าย (แม้จะมีช่อง 32 DIMM และ 64GiB DIMM ในแต่ละช่องคุณก็ยังคงอยู่ที่ 2TiB เท่านั้นแม้ว่าความจุ DIMM จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าต่อปีเราอยู่ห่างจาก 64TiB 5 ปี

ในขณะที่Peter Cordesชี้ให้เห็นว่าตอนนี้ผู้คนกำลังเชื่อมต่อที่จัดเก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือนเช่น3D XPointไปยังหน่วยความจำบัสซึ่งทำให้พื้นที่แอดเดรสไม่เพียงพอ โปรเซสเซอร์รุ่นใหม่ได้ขยายพื้นที่ที่อยู่ทางกายภาพเป็น 48 บิต เป็นไปได้ว่า Debian wiki เพิ่งไม่ได้รับการอัพเดต