x86-64 架构中的分页

Question

在操作系统的32位实现中，页表具有固定的结构（两个级别 - 页目录和页表）。但在 x86_64 系统中，通常会实现多级页表（Linux 中为 4 级）。系统如何知道正在使用多少级别？为此需要什么命令？我们如何让CPU知道全局页目录和其他结构？

Answer 1

简短回答：

• 在撰写本文时，x86-64 页表始终为 4 级。未来可能会实现 5 级和 6 级以覆盖完整的 64 位地址空间。
• 操作系统通过执行带有各种参数的CPUID指令来查询硬件能力。
• 操作系统通过写入控制寄存器CR3来设置全局页目录指针。

权威文本：请参阅英特尔® 64 和 IA-32 架构软件开发人员手册，第 3A 卷“系统编程指南，第 1 部分”，第 4.5 节“IA-32e 分页”。

维基百科文本（略有编辑）：

64 位寻址模式（“长模式”）是物理地址扩展 (PAE) 的超集。与 PAE 模式下的系统使用的三级页表系统不同，在长模式下运行的系统使用四级页表：PAE 的页目录指针表从 4 个条目扩展到 512 个条目，以及一个附加的页映射级别 4 (PML4) 添加了表，包含 48 位实现中的 512 个条目。在提供更大虚拟地址的实现中，后一个表将增长以容纳足够的条目来描述整个地址范围，对于 64 位实现，理论最大值可达 33,554,432 个条目，或者被新的映射级别排名过高，例如作为 PML5。