windows - Windows如何不对称地分割其虚拟内存空间？

Question

根据 AMD64 Architecture Programmer's Manual Volume 2 (system programming)，逻辑地址只有当 48-63 位与 47 位全部相同时才有效:

5.3.1 Canonical Address Form

The AMD64 architecture requires implementations supporting fewer than the full 64-bit virtual address to ensure that those addresses are in canonical form. An address is in canonical form if the address bits from the most-significant implemented bit up to bit 63 are all ones or all zeros. If the addresses of all bytes in a virtual-memory reference are not in canonical form, the processor generates a general-protection exception (#GP) or a stack fault (#SS) as appropriate.

所以似乎唯一有效的地址范围是 0x0000_0000_0000_0000 ~ 0x0000_7FFF_FFFF_FFFF 和 0xFFFF_8000_0000_0000 ~ 0xFFFF_FFFF_FFFF_FFFF，即较低的 128 TiB 和较高的 128 TiB。然而，根据 MSDN，Windows x64 内核使用的地址似乎并非如此。

In 64-bit Windows, the theoretical amount of virtual address space is 2^64 bytes (16 exabytes), but only a small portion of the 16-exabyte range is actually used. The 8-terabyte range from 0x000'00000000 through 0x7FF'FFFFFFFF is used for user space, and portions of the 248-terabyte range from 0xFFFF0800'00000000 through 0xFFFFFFFF'FFFFFFFF are used for system space.

那么，不管硬件规范如何，Windows 如何将虚拟地址空间分成较低的 8 TiB 和较高的 248 TiB？我想知道为什么它不会对检查地址是否规范的硬件造成任何问题。

**更新:** 微软似乎在 Windows 8.1 中修复了这个差异。参见 https://www.facebook.com/codemachineinc/posts/567137303353192了解详情。

Answer 1

你是对的；当前支持 48 位虚拟地址的 x86-64 硬件要求高 16 位是低 48 位的符号扩展(即第 47 位匹配位 [63:48])。这意味着 0xFFFF0800'00000000 到 0xFFFFFFFF'FFFFFFFF 范围的大约一半在当前 x86-64 硬件上是非规范的。

Windows 只是描述了它如何划分完整的 64 位虚拟地址空间，不是当前 x86-64 硬件上实际使用的部分。它当然可以只使用规范的 128 TiB，从 0xFFFF8000'00000000 到 -1。 (注意 8 的位置；它与高 16 字节全一之间没有间隙，这与理论上的 Windows 范围不同。)

高端服务器可以构建 6TiB RAM 甚至更多。 (Xeon Platinum Scalable Processors 显然可用，每个插槽最多 1.5TiB，最多 8 路，例如 8180M)。

英特尔提出了一个扩展，用于增加另一层页表的更大的物理和虚拟寻址，https://software.intel.com/sites/default/files/managed/2b/80/5-level_paging_white_paper.pdf ，因此在我们拥有超过 128TiB 的物理 RAM 的系统之前，如果没有足够的虚拟地址空间来映射所有 RAM(就像过去 PAE 在仅 32 位系统上的糟糕日子一样)，操作系统有望不会卡住。