【微知】为什么64位的操作系统一般只使用48bit作为虚拟地址的长度?(映射转换开销大)

对于处理器字长32位的芯片,最大虚拟地址空间只有4GB。 2^32=4G
对于处理器字长64位的芯片,最大虚拟地址空间理论上可以到2^64这么大。 但是实际上一般只用了其中的48Bit来表示虚拟地址空间。为什么呢?
主要2个原因:

  1. 应用需要的地址空间并不需要从32Bit的4GB过度提升。
  2. 另一方面稍短的地址长度对于CPU和MMU做地址映射以及地址转换复杂度较低,减低存储管理的开销,但同时也满足了地址空间增长的需求。
    更多参考兄弟篇:64位地址的Linux进程地址空间内核和用户地址空间分别在哪?中间空洞到底有多大
    对于48Bit的虚拟地址空间,高16bit全1表示内核空间,全0表示用户空间。内核空间从0xffff8000 00000000开始。总的256T。
    在这里插入图片描述
    而对于物理地址(注意是物理地址空间)空间到底占用多少位是CPU架构决定的,比如ARMv8.0-A 最大可到48Bits,具体通过ARM的MMFR寄存器配置,支持配置为32 36 40 42 44 48。MMFR是Memory Model Feature Register寄存器,内存模型特征寄存器。
    对于ARMv8.2-A架构,可以配置到52Bits。
    对于ARMv9-A架构,可以配置到56Bits:
    在这里插入图片描述
    具体寄存器:MMFR0的低4bits来表示。如果是0101表示48bits模式。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    对于CPU芯片定义的虚拟地址范围参考:
    他会根据TCR寄存器配置,如果是0则48bits,如果是1则56bits。
    在这里插入图片描述
    TCR是Translation Control Register ,转换控制寄存器。这个寄存器和MMU存储基地址的TTBR寄存器是同一个硬件单元。
    TCR寄存器:
    在这里插入图片描述
    注意其中的Bit32-34,3个bits,
    在这里插入图片描述
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