x86-64: 规范地址和实际可用范围

Question

英特尔和AMD的文档表示，在64位模式下，实际上只有48位可用于虚拟地址，而48到63位必须复制第47位（符号扩展）。据我所知，所有当前的CPU都是这样实现的，但理论上没有任何禁止在未来的实现中扩展可用空间（这不会破坏二进制兼容性）。

是否有一种标准的编程方式可以确定有意义的位数？（例如某些特定的CPUID，与物理地址相同）

我知道在实践中，48位对于任何合理的应用程序和操作系统来说已经足够了，我的问题是理论上的。

- Giuseppe Guerrini

Answer 1

如果支持，您可以使用CPUID.80000008H:EAX[7:0]。

算法如下：

1. 检查cpuid的最大扩展E值，使用CPUID.80000000h.EAX。
2. 如果E >= 80000008h，则使用 CPUID.80000008H:EAX[7:0]作为物理地址位数。
   CPUID.80000008H:EAX[15:8]作为线性地址位数。
3. 否则，如果CPUID.1:EDX.PAE（第6位）为真，则CPU具有36个物理地址位和32个线性地址位。
4. 否则，CPU具有32个物理和逻辑地址位。

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来自Intel的符号CPUID.X:R B表示

• X 在cpuid之前要放入eax的值。
• R 感兴趣的输出寄存器。
• B 一个形式为[upper:lower]或形式为.bitname的命名位域。

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AMD将虚拟：物理地址的最大限制设置为63:52。
当前实现通常为48:40，但物理地址空间的大小可能不同。

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以下是可以使用NASM编译的示例代码：

BITS 64

GLOBAL max_phy_addr
GLOBAL max_lin_addr


SECTION .text


max_phy_addr:
 push rbx


 mov eax, 80000000h
 cpuid

 cmp eax, 80000008h
 jae .fromCpuid

 mov eax, 1
 cpuid

 mov eax, 32
 shr edx, 4
 and edx, 4

 add eax, edx

 pop rbx
 ret

.fromCpuid:

 mov eax, 80000008h
 cpuid

 movzx eax, al

 pop rbx
 ret


max_lin_addr:
 push rbx

 mov eax, 80000000h
 cpuid

 cmp eax, 80000008h
 jae .fromCpuid

 mov eax, 1
 cpuid

 mov eax, 32

 pop rbx
 ret

.fromCpuid:

 mov eax, 80000008h
 cpuid

 movzx eax, ah

 pop rbx
 ret

并且可以与C程序一起使用，例如：

#include <stdio.h>

long max_phy_addr();
long max_lin_addr();

int main()
{
   printf("Phy: %llu\nLin: %llu\n", max_phy_addr(), max_lin_addr());
   return 0;
}

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我刚刚发现我的Haswell是48:39！

注：Haswell是英特尔公司推出的一款处理器系列。

- Margaret Bloom