64位操作系统最大虚拟内存16TB

最新推荐文章于 2023-09-20 16:08:30 发布
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分类专栏： 学习历程
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u010913001/article/details/93789547
本文详细解析了X64架构下用户模式与内核模式的虚拟地址空间划分，用户模式地址范围从0x0000000000000000至0x0000FFFFFFFFFFFF，而内核模式地址范围则从0xFFFF000000000000至0xFFFFFFFFFFFFFFFF，总内核虚拟地址空间为256TB，但实际使用限制在8TB。文章还回顾了从8086到现代CPU的地址总线发展历史及其对应的内存容量。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

原文链接：http://shayi1983.blog.51cto.com/4681835/1734822
本文为原创翻译，原文出处为 http://www.codemachine.com/article_x64kvas.html

这有效地将 X64 地址空间分开成2部分——用户模式地址的范围：0x0000000000000000~0x0000FFFFFFFFFFFF；
内核模式地址的范围：0xFFFF000000000000~0xFFFFFFFFFFFFFFFF。
此内核虚拟地址范围总计为 256 TB，但实际在使用的是8TB

X64 CPU 已经限制了虚拟地址中可用的比特数为 48 位，Windows 做出了进一步的限制，将其削减为 44 位。因而，能够存储这类数据结构的虚拟地址跨度被限制为 2^44 ，换言之，当前 64 位 Windows 的系统（内核）虚拟地址空间被限制为 8TB，即 0xFFFFF80000000000~0xFFFFFFFFFFFFFFFF。

CPU Address Bus Size
8086 20 bit
8088 20 bit
80286 24 bit
80386SX 24 bit
80386DX 32 bit
80486SX 32 bit
80486DX 32 bit
Pentium I 32 bit
K6 32 bit
Duron 32 bit
Athlon 32 bit
Athlon XP 32 bit
Celeron 36 bit
Pentium Pro 36 bit
Pentium II 36 bit
Pentium III 36 bit
Pentium 4 36 bit
Athlon 40 bit
Athlon-64 40 bit
Athlon-64 FX 40 bit
Opteron 40 bit
Itanium 44 bit
Itanium 2 44 bit

Address Bus Memory Capacity Chart
Address Bus Size Maximum RAM
20 bits 1MB
24 bits 16MB
32 bits 4GB
36 bits 64GB
40 bits 1TB
44 bits 16TB

Linux 最大进程内存256T

32、深入理解64位系统的虚拟内存分割与地址转换
grass的博客
06-11 13
本文深入探讨了64位系统的虚拟内存分割机制与地址转换原理，涵盖了虚拟地址的类型、MMU地址转换流程、以及x86_64和AArch64架构下的不同VM分割比例。通过分析4级和5级分页机制，以及不同CPU架构的虚拟内存配置，为系统优化和内存管理提供了理论基础和实践参考。
Linux 操作系统原理 — 内存管理 — 虚拟地址空间（x86 64bit 系统）
烟云的计算
02-26 1956
并且，当 Linux 设定的虚拟页大小越小时，单个进程中的页表项和虚拟页也就越多，页表的层级也可能越多，查询性能就越低。在 x86 64bit 系统中，可以描述的最长地址空间为 2^64（16EB），远远超过了目前主流内存卡的规格，所以在 Linux 中只使用了 48bit 长度，寻址空间为 2^48（256TB），User Space 和 Kernel Space 各占 128T。反之，如果遇到了寻址失败的情况，则说明对应的物理页框没有被分配或者被换出到外存了，此时需要进行相应的页表调度和页表交换操作。
64位内存RAM虚拟盘(WIN7支持)
09-08
64位内存RAM虚拟盘(WIN7支持) windows 7 /2008 R2 这样装 开始->运行－>CMD回车->输入hdwwiz.exe回车,点下一步,选"安装我手动从列表选择的硬件(高级)M->点下一步->再点下一步->如果这一步没有出现"从磁盘安装"的按键请按H键呼出,再选中解压目录下的"RAMDRIV.INF"文件,确定即可. 软件卸载方法： 直接在[设备管理器]中选中[RAMDrive (QSoft)]设备，选择卸载即可（卸载后系统会提示重启，重启后驱动文件将自动清除） 使用说明： 1、如何配置RAMDisk虚拟驱动器： [我的电脑]右键菜单[系统属性]--〉选[硬件]选项框中[设备管理器]--〉选中[RAMDisk内存虚拟盘]并双击打开设备属性对话框，其中的 [RamDisk属性]选项页可对RAMDisk虚拟驱动器进行配置； 2、虚拟磁盘映像文件的操作： RamDisk本身运行不需要映像文件支持，但如果希望虚拟内存盘能在每次开关机自动加载、保存操作的数据，就需要用到映像文件的功能了。映像文件的配置操作通过在RAMDisk虚拟驱动器配置页面点击[配置磁盘映像文件]按钮进行；
64位系统能使用多少内存
liuqiaoyu080512的专栏
12-30 2万+
疑问我们知道32位win7一般只能使用4GB内存，原因是如果按照地址宽度是32bit(其实并不是)来算的话系统最多只能管理2322^{32}字节的内存(通过补丁的方式可以使32位win7突破4GB的限制，关键词：ReadyFor4GB，后面我会讲下对其实现原理的猜测)。那么照这么算，64位系统应该能使用2642^{64}字节的内存，也就是16EB(1EB = 1024PB, 1PB = 1024TB
64位的系统最大可以支持多大内存
热门推荐
simonjay2007的专栏
10-17 3万+
理论上是这样的：32位=2^32B = 4 * 2^30B = 4GB，因此32位操作系统正好可访问4GB范围的地址。 　　  　　但是实践上就有所区别：从来没见过任何32bit的XP能够访问4GB的物理内存。 　　  　　理论和实际看起来矛盾，实则不然。注意“可以访问4GB范围的地址”并不代表“可以支持4GB内存”！ 　　  　　 　　电脑支持多大内存取决于操作系统的位数。要看你的
linux 64位 虚拟内存空间,Linux在x86-64下的虚拟内存布局
weixin_35523259的博客
04-30 2041
普通x86架构下的Linux内存布局大家应该都很清楚了. 物理内存分为ZONE_DMA, ZONE_NORMAL和ZONE_HIGHMEM三个区, 虚拟内存则一般是0-3G为用户空间, 3G-(4G-1)为内核空间. 那么, x86-64架构下呢?有多大首先, 目前大部分的操作系统和应用程序并不需要16EB( 2^64 )如此巨大的地址空间, 实现64位长的地址只会增加系统的复杂度和地址转换的成本...
计算机 64虚拟内存设置方法,64位的WIN7，4G内存，虚拟内存怎么设置
weixin_36186183的博客
07-27 2374
您好，如果计算机缺少运行程序或操作所需的随机存取内存 (RAM)，则 Windows 使用虚拟内存进行补偿。由于您关掉了虚拟内存，就会出现内存不足的情况。所以不建议禁用虚拟内存，会影响系统及软件运行的稳定性，并且某些软件可能由于设计原因，没有虚拟内存无法运行。虚拟内存设置在系统盘即可，内存手动设置时推荐物理内存的1.5倍作为虚拟内存，建议您开启一下虚拟内存，此时系统会结合您的电脑的具体情况性能来自...
windows 7/8 32位 64位操作系统可用内存虚拟盘
10-21
在Windows 7和8操作系统中，这项技术尤其适用于32位和64位系统，因为不同位数的操作系统对内存管理有不同的策略和优势。 在32位操作系统中，由于地址空间的限制，最大可识别和使用的内存通常不超过4GB（尽管有一些...
【操作系统笔记五】内存布局&内存映射
川峰的博客
09-20 669
操作系统笔记之虚拟内存布局和内存映射相关内容。
Linux 操作系统原理 — 内存管理 — 虚拟地址空间
烟云的计算
02-25 2044
相应的，Linux 和 CPU 软硬件结合提供了 2 级保护机制，只有 Kernel Space 的代码可以使用 Ring0 的 CPU 指令，而 User Space 的代码只可以使用 Ring3 的 CPU 指令。在 Kernel 中用于对虚拟地址进行寻址的数据结构称为 Kernel Page Table（内核页表），包括：页表目录、页表、页表项、属性标记等组成部分，可以将每个页表项（Page Table Entry）标记为只读、可写、只执行等，以控制内存的访问权限和缓存行为。
构建64位操作系统-虚拟地址与物理地址
x13262608581的博客
03-15 691
构建64位操作系统-虚拟地址与物理地址
我们通过代码和图示来简单理解 ==,equals和hashCode的区别
高新富的博客
09-15 272
文章目录==equalshashCode == equals hashCode
物理地址、虚拟地址、逻辑地址、线性地址、虚拟内存
林竹清_清清清
04-13 3575
1.物理地址 用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。 在实地址模式(因为实模式没有分段或分页机制,Cpu不进行自动地址转换)下,程序员操作的就是物理地址,所谓的物理地址就是物理内存上的32位地址,即物理地址可以直接定位到物理内存上的位置,无论任何操作,最终都必须要得到物理地址才能在物理内存上进行操作. 2.虚拟地址 操作系统都提供了虚拟内存（virtual mem
x64内核内存空间结构
weixin_30872733的博客
12-21 409
0x00 前言 本文主要是讨论Windows 7 x64下的内核虚拟地址空间的结构，可以利用WiinDBG调试的扩展命令"!CMKD.kvas"来显示x64下的内核虚拟地址空间的整体布局。了解内核的地址布局在某些情况下是很有的，比如说在研究New Blue Pill的源码和虚拟化的时候。 0x01 基本结构 X64的CPU的地址为64位，但实际上只支持48位的虚拟地址空间供软件使用。虚拟地址...
80486保护模式存储管理
xyjikl
08-24 2239
80486微处理器工作在保护模式时对存储器的管理有两个特点：一是引入了分段分页虚拟存储器地址转换机制，二是引入了对存储器的保护机制。地址转换机制使操作系统可以灵活地把存储区域分配给各个任务，而保护机制用来避免系统中的一个任务越权访问属于另一个任务的存储区域或属于操作系统的存储区域。 　　80486微处理器有三种存储器地址空间：虚拟地址（逻辑地址）空间、线性地址空间和物理地址空间。 　　
操作系统：虚拟内存
weixin_52055811的博客
06-18 1800
操作系统：虚拟内存 课本P214-P243 虚拟内存的基本概念1.传统存储管理方式的特征和缺点2.局部性原理3.虚拟内存的定义和特征定义特征一、硬件和控制结构（硬件支持）1.硬件特征2.供硬件使用的必要控制结构2.1分页2.1.1页表结构2.1.2地址转换2.1.3缺页中断（页错误）2.1.4两级页表2.1.4倒排页表（反置页表）二、操作系统软件（软件支持）1.读取策略1.引入库2.读入数据总结 前言 提示：这里可以添加本文要记录的大概内容： 要有效地使用处理器和I/O设备，就需要在内存中......
Linux 3.x 内核学习笔记——x86 64位内存管理
liminyu的专栏
10-09 1万+
地址映射 64位地址采用4层地址映射，如下图： pgd、pud、pmd、pte各占了9位，加上12位的页内index，共用了48位。即可管理的地址空间为2^48=256T。而在32位地址模式时，该值仅为2^32=4G。 另外64位地址时支持的物理内存最大为64T，见e820.c中MAX_ARCH_PFN的定义： # define MAX_ARCH_PFN MAXMEM>>PAGE_
X86/X64处理器体系结构及寻址模式
liuyez123的博客
04-09 2万+
由8086/8088、x86、Pentium发展到core系列短短40多年间，处理器的时钟频率几乎已接近极限，尽管如此，自从86年Intel推出386至今除了增加一些有关流媒体的指令如mmx/sse之外，其他新增的大多数指令都可以从最初的指令集中组合实现同样的功能，整个编程模型维持了约有20多年。 1. 处理器体系结构1.1. 处理器简要结构我们都知道CPU的根本任务就是执行指令，对计算机来说
32位操作系统和64位操作系统的区别
最新发布
07-03
32位和64位操作系统是计算机架构中的两种核心设计，它们在**地址空间、性能、兼容性**等方面存在显著差异。以下是详细对比和解释： --- ### **1. 核心区别：地址空间与内存访问** #### **(1) 地址总线宽度** - **32位系统**： - 地址总线宽度为 **32位**，可寻址的内存空间为 \(2^{32}\) 字节（即 **4GB**）。 - 即使物理内存超过4GB（如8GB），32位系统也无法完全利用，剩余内存可能被浪费或用于其他用途（如集成显卡共享内存）。 - **64位系统**： - 地址总线宽度为 **64位**，理论可寻址 \(2^{64}\) 字节（约 **16EB**，即1600万TB），实际受操作系统和硬件限制（如Windows 64位支持 **128GB~24TB**，Linux支持更高）。 - 可直接访问超过4GB的内存，适合大内存需求场景（如视频编辑、虚拟机、数据库）。 #### **(2) 内存管理单元（MMU）** - **32位系统**： - 使用 **PAE（Physical Address Extension）** 技术可扩展至 **36位物理地址**（支持最多64GB物理内存），但单个进程仍受限于4GB虚拟地址空间。 - 每个进程的虚拟地址空间被划分为 **2GB用户空间 + 2GB内核空间**（Windows默认）或 **3GB用户空间 + 1GB内核空间**（通过`/3GB`启动参数调整）。 - **64位系统**： - 虚拟地址空间远大于32位，例如 **Windows 64位** 为每个进程提供 **8TB用户空间 + 8TB内核空间**。 - 支持更多内存分配和更复杂的内存管理（如大页表、NUMA优化）。 --- ### **2. 性能差异** #### **(1) 寄存器与指令集** - **32位系统**： - 通用寄存器（如EAX、EBX）为 **32位宽**，一次最多处理4字节数据。 - 指令集（如x86）设计较早，存在历史兼容性负担（如分段内存模型）。 - **64位系统**： - 通用寄存器（如RAX、RBX）扩展至 **64位宽**，一次可处理8字节数据，减少指令数量和分支预测开销。 - 新增指令集（如x86-64的SSE/AVX扩展）可并行处理更多数据（如SIMD指令）。 - 示例：64位系统计算64位整数加减法的速度比32位系统快（无需拆分操作）。 #### **(2) 计算效率** - **整数运算**：64位系统直接支持64位整数运算，32位系统需分多次计算。 - **浮点运算**：64位系统通常配备更强的浮点单元（FPU）和SIMD指令（如AVX-512）。 - **内存带宽**：64位系统可利用更宽的数据总线（如64位总线 vs 32位总线），提升内存访问效率。 #### **(3) 实际性能对比** | 场景 | 32位系统表现 | 64位系统表现 | |--------------------|----------------------------------|----------------------------------| | **大内存应用** | 内存超过4GB时性能下降 | 充分利用大内存，无瓶颈 | | **多任务处理** | 进程地址空间受限，切换开销大 | 更大的地址空间，支持更多并发进程 | | **数值计算** | 64位运算需拆分，速度较慢 | 原生支持64位运算，速度更快 | | **游戏** | 可能因内存不足卡顿 | 流畅运行高内存需求游戏 | --- ### **3. 软件兼容性** #### **(1) 32位软件在64位系统上的运行** - **Windows**： - 通过 **WOW64（Windows 32-bit on Windows 64-bit）** 子系统运行32位程序。 - 32位程序默认安装在 `C:\Program Files (x86)` 目录。 - 限制：32位程序无法调用64位DLL，也无法访问超过4GB的内存。 - **Linux**： - 通过多架构支持（如`ia32-libs`）运行32位程序。 - 示例：在64位Ubuntu上安装32位库： ```bash sudo apt install gcc-multilib g++-multilib ``` #### **(2) 64位软件在32位系统上的运行** - **不可运行**：64位程序需64位指令集和更大的地址空间，32位系统无法解析。 #### **(3) 驱动程序兼容性** - **32位系统**：仅支持32位驱动程序。 - **64位系统**：需64位驱动程序（32位驱动无法安装）。 --- ### **4. 系统文件与资源占用** #### **(1) 系统文件大小** - **32位系统**： - 内核和系统文件较小（如Windows 32位的`ntoskrnl.exe`约3~5MB）。 - **64位系统**： - 内核和系统文件更大（如Windows 64位的`ntoskrnl.exe`约6~10MB），因需支持64位指令和更大地址空间。 #### **(2) 内存占用** - **32位进程**：固定占用 **4GB虚拟地址空间**（实际使用可能远小于此）。 - **64位进程**：占用更大虚拟地址空间（如Windows 64位进程默认占用 **128TB虚拟空间**），但物理内存占用取决于实际使用。 #### **(3) 示例对比（Windows）** | 组件 | 32位系统 | 64位系统 | |--------------------|----------------------------------|----------------------------------| | **系统目录** | `C:\Windows\System32`（含32位文件） | `C:\Windows\System32`（含64位文件），`C:\Windows\SysWOW64`（32位兼容文件） | | **任务管理器进程** | 显示32位进程标记（如`*32`） | 无特殊标记 | | **最大内存支持** | 4GB（实际约3.2~3.5GB可用） | 128GB~24TB（取决于版本） | --- ### **5. 硬件支持** #### **(1) CPU要求** - **32位系统**： - 需CPU支持 **x86架构**（如Intel Pentium及以上）。 - **64位系统**： - 需CPU支持 **x86-64（AMD64/Intel 64）架构**（如AMD Athlon 64、Intel Core 2及以上）。 - 现代CPU均支持64位，但部分嵌入式或旧CPU可能仅支持32位。 #### **(2) 指令集扩展** - **64位系统**： - 支持更多现代指令集（如AVX-512、AES-NI、SGX），提升加密、压缩、AI等场景的性能。 - 示例：64位Linux可通过`/proc/cpuinfo`查看支持的指令集： ```bash cat /proc/cpuinfo | grep flags | head -1 ``` --- ### **6. 安全性** #### **(1) 内存保护** - **64位系统**： - 支持 **NX（No-Execute）位**（防止数据页执行代码，抵御缓冲区溢出攻击）。 - 支持 **ASLR（地址空间布局随机化）** 更高效，因地址空间更大，随机化范围更广。 - **32位系统**： - NX和ASLR支持有限，易被攻击者预测内存布局。 #### **(2) 补丁与漏洞修复** - **64位系统**： - 微软和Linux社区更侧重64位系统的安全更新（如Windows 10/11仅提供64位版本）。 - **32位系统**： - 部分旧系统（如Windows XP 32位）已停止支持，存在未修复漏洞。 --- ### **7. 实际应用场景** #### **(1) 选择32位系统的场景** - **旧硬件**：CPU不支持64位（如2005年前的单核CPU）。 - **嵌入式系统**：需极低内存占用（如某些工业控制器）。 - **兼容性需求**：运行专为32位开发的遗留软件（如某些工业仿真工具）。 #### **(2) 选择64位系统的场景** - **现代计算机**：CPU和内存均支持64位（主流PC、服务器）。 - **大内存需求**：视频编辑、3D渲染、科学计算、虚拟机。 - **性能敏感型应用**：游戏、数据库、机器学习。 --- ### **8. 常见问题解答** #### **(1) 32位系统能否通过PAE使用超过4GB内存？** - **可以**，但存在限制： - Windows 32位企业版/数据中心版支持PAE，最多支持 **64GB物理内存**，但单个进程仍受限于4GB虚拟地址空间。 - Linux 32位通过PAE可支持更多内存（如`HIGHMEM`选项），但性能可能下降。 #### **(2) 64位系统能否运行16位程序？** - **Windows**：64位系统不支持16位程序（如DOS程序、Windows 3.1应用），需使用虚拟机（如DOSBox）。 - **Linux**：可通过`dosemu`或`wine`运行部分16位程序。 #### **(3) 如何检查系统是32位还是64位？** - **Windows**： ```cmd wmic os get osarchitecture # 输出 "64-bit" 或 "32-bit" ``` - **Linux**： ```bash uname -m # 输出 "x86_64"（64位）或 "i386/i686"（32位） ``` #### **(4) 32位和64位系统的安装介质是否通用？** - **不通用**：32位和64位需使用不同的安装镜像（如Windows的`x86.iso`和`x64.iso`）。 #### **(5) 为什么某些软件同时提供32位和64位版本？** - **兼容性**：支持32位系统用户。 - **性能优化**：64位版本可利用更大内存和更强指令集（如Photoshop的64位版本支持更大画布）。 --- ### **总结** | 特性 | 32位系统 | 64位系统 | |--------------------|----------------------------------|----------------------------------| | **地址空间** | 4GB（理论） | 16EB（理论），实际支持TB级 | | **性能** | 较低（寄存器窄、内存受限） | 更高（寄存器宽、支持大内存） | | **软件兼容性** | 仅运行32位程序 | 运行32位（通过兼容层）和64位程序 | | **硬件要求** | 需x86 CPU | 需x86-64 CPU | | **安全性** | 较弱（NX/ASLR支持有限） | 更强（NX/ASLR更高效） | | **典型使用场景** | 旧硬件、嵌入式系统 | 现代PC、服务器、高性能应用 | --- ### **
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