29.3. 5 级分页¶

29.3.1. 概述¶

原始 x86-64 通过 4 级分页限制为 256 TiB 的虚拟地址空间和 64 TiB 的物理地址空间。我们已经碰到了这个限制：一些供应商今天提供具有 64 TiB 内存的服务器。

为了克服这个限制，即将推出的硬件将引入对 5 级分页的支持。它是当前页表结构的直接扩展，增加了一层转换。

它将限制提高到 128 PiB 的虚拟地址空间和 4 PiB 的物理地址空间。这“对任何人来说都应该足够”©。

QEMU 2.9 及更高版本支持 5 级分页。

5 级分页的虚拟内存布局在内存管理中描述

在 x86 上，5 级分页启用 56 位用户空间虚拟地址空间。并非所有用户空间都已准备好处理宽地址。众所周知，至少一些 JIT 编译器在指针中使用较高的位来编码其信息。它与 5 级分页的有效指针冲突并导致崩溃。

为了缓解这种情况，默认情况下我们不会分配高于 47 位的虚拟地址空间。

但是用户空间可以通过指定高于 47 位的提示地址（带或不带 MAP_FIXED）来请求从完整地址空间分配。

如果提示地址设置高于 47 位，但未指定 MAP_FIXED，我们会尝试按指定地址查找未映射区域。如果它已经被占用，我们会在完整地址空间中查找未映射区域，而不是从 47 位窗口中查找。

高提示地址只会影响相关分配，而不会影响任何未来的 mmap()。

在较旧的内核上或在没有 5 级分页支持的机器上指定高提示地址是安全的。该提示将被忽略，内核将回退到从 47 位地址空间分配。

这种方法有助于轻松地使应用程序的内存分配器了解大型地址空间，而无需手动跟踪已分配的虚拟地址空间。

我们需要在此处处理的一个重要情况是与 MPX 的交互。 MPX（没有 MAWA 扩展）无法处理高于 47 位的地址，因此我们需要确保在我们已经有高于边界的 VMA 时无法启用 MPX，并禁止创建此类 VMA 一旦 MPX 被启用。