64 位应用程序的内存使用开销是多少？答案

【问题标题】：What is the memory usage overhead for a 64-bit application?64 位应用程序的内存使用开销是多少？
【发布时间】：2015-05-22 06:52:16
【问题描述】：

从我目前发现的情况来看，很明显，为 64 位架构编译的程序使用的指针 RAM 是 32 位替代方案的两倍 - https://superuser.com/questions/56540/32-bit-vs-64-bit-systems。

这是否意味着为 64 位编译的代码平均使用的 RAM 是 32 位版本的两倍？

我不知何故对此表示怀疑，但我想知道真正的开销是什么。我想像short、byte 和char 这样的小类型在 64 位架构中大小相同？不过，我不太确定byte。鉴于许多应用程序使用大字符串（如 Web 浏览器等），在大多数实现中主要由 char 数组组成，因此开销可能不会那么大。

所以即使像 int 和 long 这样的数字类型在 64 位上更大，它是否会对 RAM 的使用产生重大影响？

【问题讨论】：

byte 不是标准化类型。使用 C99 或更高版本，包括 <stdint.h>，如果需要无符号 8 位“字节”，请使用 uint8_t。
内存使用量会增加，但（几乎）不会翻倍
创建具有更宽地址和数据总线的新 CPU 的全部意义在于以程序大小和 RAM 消耗为代价提高执行速度。从 8 到 16 到 32 到 64 都是这种情况。所以这里没有什么新鲜事。
@Lundin 我意识到这会导致开销，但我想知道开销有多大。某些系统可能需要针对 RAM 消耗而不是 CPU 消耗进行更多优化
当然。 RAM 无关紧要，64 位程序使用处理器缓存的效率要低得多。不是两倍坏，取决于发生了什么。由于这个原因，int 仍然是 32 位。由于 AMD 的功劳，他们确实通过添加所有正确的功能来补偿这种性能损失，以获得可比较的结果。从额外的 8 个寄存器开始。

【解决方案1】：

这取决于编程风格（和语言，但您指的是 C）。

如果您经常使用指针（或者您在某些语言中有很多引用），那么 RAM 消耗就会增加。
如果使用大量固定大小的数据，例如double 或int32_t，RAM 消耗不会增加。
对于int 或long 等类型，取决于架构； Linux 和 Windows 之间可能存在差异。 Here 您会看到您拥有的替代方案。简而言之，Windows 使用 LLP64，这意味着 long long 和指针是 64 位的，而 Linux 使用 LP64，其中 long 也是 64 位。其他架构也可能使 int 甚至 short 成为 64 位架构，但这些并不常见。
float 和 double 在所有情况下都应保持相同的大小。

所以你看到它很大程度上取决于数据类型的使用。

【讨论】：

x86-64 还具有使用 32 位指针的 x32 ABI。与使用 32 位 x86 相比，它具有更多面向寄存器的调用约定和能够使用额外的 8 个 GPR（以及额外的 8 个 SIMD/FP 寄存器）的优势。此外，GCC 在 AArch64 上支持 ILP32。
所以像 Java/C# 这样的语言比 C/C++ 更有可能获得这种 2 倍的效果（尤其是在你不使用大量指针的情况下），对吗？
@DavidGrinberg 这也取决于数据。例如，一个程序的大部分数据都在一个原生数组中，比如int[] 或double[]，不会有太大变化。但是，处理大量小对象的程序将需要更多 RAM。
@DavidGrinberg 由于compressed oops，使用少于~4GiB 堆的Java 程序可能会保持不变。
@TavianBarnes 实际上，JVM 可以通过使用 8 或 26 字节的对象对齐来处理 64 GB 的 32 位引用。

【解决方案2】：

内存消耗增加有几个原因。然而，64b 与 32b 的开销取决于一个应用程序到另一个应用程序。

主要原因是在代码中使用了大量指针。然而，一个在为 64 位编译并运行的代码中动态分配的数组在 64 位操作系统上将与在 32 位操作系统上分配的数组大小相同位系统。只有数组的地址会更大，内容大小将相同（除非类型大小更改 - 但是这不应该发生，并且应该有据可查）。
另一个占用空间增加是由于内存对齐。在 64位模式的对齐需要考虑一个64位的地址，这样应该会增加一点开销。
可能代码的大小会增加。一些 64 位 ISA 的架构可能会稍大一些。另外，你会现在必须调用 64 位地址。
当运行 64 位寄存器更大（64 位）所以如果你使用许多数字类型，编译器不妨将它们放入寄存器，因此不一定意味着您的 RAM 占用空间会上升。 使用双变量可能会产生记忆如果它们不存储到 64b 寄存器中，占用空间会增加。
当使用 JIT 编译语言（如 Java、.NET）时，64b 代码的占用空间增加可能会更大，因为运行时环境会通过指针使用、隐藏控制产生额外的开销结构等。

但是，没有描述 64 位内存占用开销的神奇数字。这需要从一个应用程序到另一个应用程序进行衡量。据我所见，与 32 位相比，在 64 位上运行的应用程序的占用空间增加幅度从未超过 20%。然而，这纯粹是基于我遇到的应用程序，我主要使用 C 和 C++。

【讨论】：

跳转通常是相对的 32 位。不能用一条 jmp 指令跳转到绝对 64 位地址
唯一具有 64 位立即数的指令是 movabs，因此您也不能在 64 位立即数地址调用函数
我很确定您可以调用 64b 绝对地址。在这里查看：intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/manuals/…
根据相同的参考，也可以使用 64 位偏移量跳转。
你误读了一些东西。 “在 64 位模式下，立即数和位移通常只有 32 位宽。因此，NASM 会将大多数位移和立即数截断为 32 位。唯一需要完整 64 位立即数的指令是：MOV reg64,imm64”nasm.us/doc/nasmdo11.html

【解决方案3】：

我认为可能还有另一个原因可以追溯到变量需要存储在内存中的 64 位边界上的地址为 ...xxxxx000 以一次性读取，如果不是，则需要读取它一次一个字节。

【讨论】：