仮想アドレス空間でページサイズはどのように決定されますか？

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Linuxは、すべてのアドレスが仮想アドレスであり、物理アドレスではない仮想メモリシステムを使用します。これらの仮想アドレスは、プロセッサによって物理アドレスに変換されます。

この変換を容易にするために、仮想メモリと物理メモリはページに分割されます。これらの各ページには一意の番号が付けられています。ページフレーム番号。

一部のページサイズは2 KB、4 KBなどです。しかし、このページサイズの数値はどのように決定されますか？アーキテクチャのサイズに影響されますか？たとえば、32ビットバスには4 GBのアドレス空間があります。

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getconf次のコマンドを使用して構成を照会することにより、システムのデフォルトのページサイズを確認できます。

$ getconf PAGE_SIZE
4096

または

$ getconf PAGESIZE
4096

注：上記の単位は通常バイト単位であるため、4096は4096バイトまたは4kBに相当します。

これは、Linuxカーネルのソースに組み込まれています。

例

$ more /usr/src/kernels/3.13.9-100.fc19.x86_64/include/asm-generic/page.h
...
...
/* PAGE_SHIFT determines the page size */

#define PAGE_SHIFT  12
#ifdef __ASSEMBLY__
#define PAGE_SIZE   (1 << PAGE_SHIFT)
#else
#define PAGE_SIZE   (1UL << PAGE_SHIFT)
#endif
#define PAGE_MASK   (~(PAGE_SIZE-1))

シフトによりどのように4096が得られますか？

ビットをシフトすると、2のバイナリ乗算が実行されます。したがって、実際にはビットの左シフト（1 << PAGE_SHIFT）は2 ^ 12 = 4096の乗算を実行しています。

$ echo "2^12" | bc
4096

— slm
ソース

2

最新のハードウェアは、2MB、およびいくつかの1GBのページサイズをサポートしています。カーネルビルドのデフォルトとして、2MBページの「PAGE_SHIFT」を21に設定できますか？

— ReverseFlow

2

@ReverseFlowそのようなことを答えるには、別の質問をします。

— キリルBulygin

@sim、なぜビット操作がここで使用されているのだろうか？コンパイラは通常、乗算をビット操作に変換するため、同じパフォーマンスが得られることを読みました。

— InAFlash

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ハードウェア（具体的には、CPUの一部であるMMU）により、可能なページサイズが決まります。プロセッサのレジスタサイズとは関係がなく、アドレススペースサイズとは間接的な関係しかありません（MMUが両方を決定するため）。

ほとんどすべてのアーキテクチャが4kBのページサイズをサポートしています。一部のアーキテクチャは大きなページをサポートしていますが（一部のアーキテクチャは小さなページもサポートしています）、4kBは非常に普及しているデフォルトです。

Linuxは2つのページサイズをサポートしています。

標準サイズのページは、すべてのアーキテクチャでデフォルトで4kBであると考えていますが、一部のアーキテクチャでは、たとえばARM64または8kBで16kB、IA64で16kBまたは64kBなど、他の値を使用できます。これらは、MMUの記述子の最も深いレベル（LinuxがPTEと呼ぶもの）に対応しています。
コンパイルされている場合、巨大なページ（ほとんどの用途にCONFIG_HUGETLB_PAGE必要CONFIG_HUGETLBFSです）これは、MMU記述子の2番目に深いレベル（LinuxがPMDと呼んでいるもの）に対応しています（または、少なくとも通常は、これがすべてのアーキテクチャに当てはまるかどうかはわかりません）。

ページサイズは、メモリ使用量、メモリ使用量、速度の間の妥協点です。

ページサイズが大きくなると、ページが部分的に使用されたときに無駄が増えるため、システムのメモリ不足が早くなります。
MMU記述子レベルが深いほど、ページテーブルのカーネルメモリが多くなります。
MMU記述子レベルが深いほど、ページテーブルの走査に費やされる時間が長くなります。

ほとんどのアプリケーションでは、ページサイズが大きくなることによるメリットはわずかですが、コストは大きくなります。これが、ほとんどのシステムが通常サイズのページのみを使用する理由です。

getconfユーティリティまたはC関数を使用して、システム上の（通常の）ページサイズを照会できますsysconf。

$ getconf PAGE_SIZE
4096

hugeページを使用するには、hugetlbfsファイルシステムをマウントし、mmapそこにファイルをpingする必要があります。

— ジル「SO-悪であるのをやめる」
ソース

参考：hugeページを使用する場合はhugetlbfsをマウントする必要はありません。そのカーネルのドキュメントには下部にメモがあり、共有メモリ呼び出しやmmapフラグを使用することもできます。また、さらに興味深いことに、透過的なhugeページを有効にすると、カーネルは通常のページを可能であればすべてのアプリで自動的にhugeページに変換します。

— デロバート

これが本当に基本的な答えです。Linuxは、ページングハードウェアを適切に使用するように設計されています。ページングの詳細：stackoverflow.com/questions/18431261/how-does-x86-paging-work

— Ciro Santilli新疆改造中心法轮功六四事件

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ページサイズは、主にプロセッサアーキテクチャに依存します。x86では、プロテクトモードを導入した386プロセッサの時代から、ページサイズは4 kBでした。

x64モードでは、サイズが2 MBの巨大なページもあります。ただし、それらの使用は少し複雑です。

ページサイズの詳細については、Wikipediaの記事をご覧ください。

— テロ・キルカネン
ソース

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プロセッサは、使用可能なページサイズを決定します。ほとんどの目的で、x86およびx86_64プロセッサでハードウェアに実装されたページサイズは4kbです。ただし、オペレーティングシステムは必要に応じて一度に複数のページを割り当てることができるため、ソフトウェアで8kb、16kb、または32kbのページを効果的に実装できます。

x86およびx86_64プロセッサは、標準の4kbページとともに4mbページと2mbページをそれぞれ混在させることもできます。その機能を使用する場合、ほとんどの場合、カーネルスペースの割り当てに使用されます。

— レスリー
ソース