使用分段的 32 位 x86 的 64 TB 虚拟内存：如何？答案

【问题标题】：64 Terabytes of virtual memory for 32-bit x86 using segmentation: how?使用分段的 32 位 x86 的 64 TB 虚拟内存：如何？
【发布时间】：2011-07-23 15:10:26
【问题描述】：

Intel x86 内存模型有分段和分页。系统可以寻址高达 64 TB 的虚拟内存是什么意思？我的理解是只有 4GB 的虚拟内存是可寻址的。这里的差距是什么？这都是在32位处理器的上下文中

这是数学：

2^13（段选择器）* 2（LDT 或 GDT）* 2^32 = 2^46 = 64 TB。这在文献中被称为总虚拟内存。他们是否错误地将其称为虚拟内存？令我困惑的是，处理器本身只有 32 位地址线。

或者，他们是否想说这是可以分配的总虚拟内存总量（跨所有进程？）

【问题讨论】：

您确定它不在 64 位处理器的上下文中吗？你能链接到你的来源吗？
您确定它是 32 位处理器吗？即使使用 PAE，32 位处理器也仅支持 64 GB。然而，64 位处理器目前支持 256 TB 的虚拟内存，但通常支持更少（可能为 64 TB）的物理内存。
是的 32 位。 2^13（段选择器）* 2（LDT 或 GDT）* 2^32 = 2^46 = 64 TB。这在文献中被称为总虚拟内存。这在文献中被称为虚拟内存 - 他们是否错误地将其称为虚拟内存？令我困惑的是，处理器本身只有 32 位地址线。此外，每个段没有关联的页基地址。这只是使用了错误的术语吗？
我不会说将其称为虚拟内存是错误的，但它有点可疑。我不知道他们为什么还要费心说出 64TB 的数字。没有人会将如此疯狂的设置用于任何有用的目的。一个更有用的数字是可寻址物理内存的总量，通常要少得多。

标签： memory x86 virtual intel memory-segmentation

【解决方案1】：

它实际上是可用的——如果需要的话，你可以将内存交换到磁盘并实际寻址那么多的虚拟内存，所以数字应该是正确的，你确实可以称之为虚拟内存。

但是，32 位模式下的 x86 处理器一次只能寻址 4 GB 而无需交换，而且我听说没有任何系统在 32 位模式下使用过这么多内存，而且通常不会由于性能而非常实用。

【讨论】：

【解决方案2】：

我认为这里所说的 x86 处理器能够处理这么多内存，而不是在实践中这样做。只有当程序使用分段内存模型并同时使用完整的段和 GP 寄存器并且 CPU 以这种方式使用它们时，这才有可能。但是，当今的程序通常使用平面内存模型（可以寻址较少的内存），并且操作系统不支持寻址那么多的内存 AFAIK。

从manual [1] 的§3.3.1 开始：

分段内存模型 — [...] 在 IA-32 处理器上运行的程序可以最多可寻址 16,383 [2¹⁴] 个不同大小和类型的段，以及每个段最大可达 2³² 个字节。

显然，它们被连接到能够寻址 2⁴⁶ (64 TiB) 字节的（虚拟和物理？）内存但是我们受限于什么内存模型在程序中使用，操作系统是否支持。

【讨论】：

不，你不能处理那么多内存。如果您的段大小均为 4GiB，则它们都完全重叠。（即使禁用了分页，我认为。分段 => 映射到 32 位线性地址发生在 before virt->phys 转换如果启用分页。所以你仍然坚持使用 32 位虚拟或物理地址空间有/无分页）。 PAE 允许您将多个进程的 4GiB 虚拟内存映射到不同块物理内存，但 PAE 与分段正交。

【解决方案3】：

1) 段描述符是由段选择器从这些 2^13*2=2^14 中选择的，段选择器位于单独的寄存器中，因此它绕过了 32 个地址行的限制。

2) 段描述符包含一个段的32位地址，是一个32位的值。向其添加 32 位偏移量是简单的算术加法，因此您最终得到一个 32 位地址。仅 2^32=4GB。

问题是，这些片段可能会重叠。您的数学错误在于当前段描述符（14 位）的索引和偏移量（32 位）没有连接。它们被处理形成一个 32 位线性地址。

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【讨论】：