operating-system - 64 位和 32 位操作系统中的逻辑地址空间

Question

目前我正在阅读Galvin 的操作系统原理 这本书。我很喜欢阅读它，但与此同时我有一个问题。

我可以说如果我使用 64 位操作系统那么逻辑地址空间(CPU 生成的)可以是 64 位的吗？ IE。它将能够在物理内存中映射大量帧。如果我使用 32 位操作系统，那么 CPU 最多可以生成 2^32 逻辑地址空间。

对吗？

Answer 1

有点，但有许多技术细节使这些名称不太有用。

首先，有两种不同的大小对操作系统很重要:地址大小和数据大小。地址大小决定了有多大的地址空间可用，而数据大小决定了单字操作中可以使用多少数据。根据我的经验，操作系统通常由数据大小来标识，这意味着地址大小可能是其他东西。

以下是一些示例架构及其地址和数据大小。如表所示，当今最常见的 32 位和 64 位架构具有相同的数据和地址大小，这就是您的陈述部分正确的原因。请注意，16 位模式下的 x86 处理器的地址大小大于数据大小。这是由于在寻址中使用了额外的段寄存器导致的，这使得架构的限制更少。

                 Address size      Data size
x86 16-bit        20 bits           16 bits
x86 32-bit        32 bits           32 bits
x86 64-bit        64 bits           64 bits
ARM 32-bit        32 bits           32 bits
ARM 64-bit        64 bits           64 bits

然而，地址大小并不一定表示可以使用多大的逻辑地址空间。可能存在将空间限制在较小区域的限制。例如，当前的 x86-64 处理器都不支持 64 位地址空间。相反，他们要求任何地址的高 16 位是位 47 的符号扩展，允许 2⁴⁸ 地址空间，256 TiB 而不是 16 EiB。这减少了处理器中需要使用的地址线数量，同时允许的数量远远超过目前使用的任何地址线。

最后，到目前为止，所有内容都是针对逻辑或虚拟地址空间的。物理地址空间可以有不同的大小。较新的 32 位 x86 系统具有物理地址扩展，可实现 36 位物理地址，而 x86-64 系统被限制为不超过 52 位物理地址空间，但这可能会受到内存 Controller /主板的进一步限制。当逻辑地址空间大于物理地址空间时，允许将整个物理地址空间一次映射到多个地方。当逻辑地址空间较小时，允许多个完整的地址空间同时存储在物理内存中。