为什么Debian Linux每个进程最多允许128TiB虚拟地址空间，而只允许64TiB物理内存？

我只是在这里读：

• 每个进程多达128TiB虚拟地址空间（而不是2GiB）
• 支持64TiB物理内存，而不是4GiB（或带有PAE扩展名的64GiB）

这是为什么？我的意思是，物理内存支持受内核还是受当前硬件限制？

为什么您需要的虚拟内存空间是实际可寻址物理内存的两倍？

这些限制不是来自Debian或Linux，而是来自硬件。不同的体系结构（处理器和内存总线）具有不同的限制。

在当前的x86-64 PC处理器上，MMU允许48位虚拟地址空间。这意味着地址空间限制为256TB。用一位来区分内核地址和用户态地址，这为进程的地址空间留出了128TB的空间。

在当前的x86-64处理器上，物理地址最多可以使用48位，这意味着您最多可以拥有256TB。自从引入amd64架构以来，限制已逐渐提高（如果我没记错的话，该限制为40位）。地址空间的每一位都需要一些布线和解码逻辑（这会使处理器更昂贵，更慢且更热），因此硬件制造商有动力保持尺寸的减小。

Linux仅允许物理地址最多增加2 ^ 46（因此最多只能有64TB），因为它允许将物理内存完全映射到内核空间中。请记住，地址空间有48位；内核/用户为1位，内核地址空间为47位。其中的一半最多直接寻址物理内存，另一半则允许内核映射所需的内容。（Linux可以处理无法同时完整映射的物理内存，但这会带来额外的复杂性，因此只能在需要的平台上完成，例如带有PAE的x86-32和带有LPAE的armv7。）

由于以下几个原因，使虚拟内存大于物理内存非常有用：

• 它允许内核映射整个物理内存，并为虚拟mappin留出空间。
• 除了物理内存的映射外，还有交换，文件和设备驱动程序的映射。
• 将未映射的内存放在适当的位置非常有用：保护页以捕获缓冲区溢出，由于ASLR导致的较大的未映射区域等。

我不知道为什么，但是我可以想到七个原因，为什么支持两倍于物理内存的地址空间会很有用。

1. 首先是使您可以运行需要额外内存的应用程序-即使这意味着要交换到磁盘。
2. 清理内存布局以分区内存使用情况。例如，操作系统可能会使用编号较高的地址，而将编号较低的地址留给应用程序以使分隔符更整洁。
3. 地址空间布局随机化会更有效。
4. 将页面标记为可执行文件可能意味着剩余内存。
5. 内存映射的I / O。
6. 内存分配更容易：一次可以分配更大的块。
7. 减少内存碎片

这些是硬件限制。当前的x86_64 / amd64硬件允许使用48位虚拟地址和各种大小（取决于实现方式，例如，我的工作站仅支持36位）物理地址。Linux内核将虚拟地址空间分为两半（就像在x86上一样，一半用于内核，一半用于用户空间）。

这样就得到：

2个字节÷2 = 2个字节= 128 TiB

物理地址的大小通常较小，因为它实际上是物理地址。它占用CPU上/中的引脚/焊盘，晶体管，连接等，并占用板上的走线。芯片组中可能也相同。支持在处理器内核或插槽的设计寿命中难以想象的数量的ram是没有意义的-所有这些事情都需要花钱。（即使每个插槽中都有32个DIMM插槽和64GiB DIMM，您仍然只有2TiB。即使DIMM容量每年增加一倍，我们距64TiB也有5年的路程。

正如Peter Cordes指出的那样，人们现在正在将诸如3D XPoint之类的非易失性存储连接到内存总线，这使得地址空间不足的情况成为可能。较新的处理器将物理地址空间扩展到了48位。Debian Wiki可能尚未更新。