メモリページサイズが2の累乗であると想定するのは安全ですか？

Question

私は現在、メモリページサイズ（sysconf(_SC_PAGESIZE)によって返される）を利用する移植可能なCプログラムで作業しています。私は最も頻繁にページサイズがビット単位の操作を使用して効率的な管理を可能にする2の累乗であることを知っています。私はどこでもこのことを保証していませんでした。だから、ページサイズは2の累乗であると仮定するのはどれくらい安全ですか？この条件を満たさないアーキテクチャの例はありますか？

Answer 1

ページサイズが2の累乗である必要があるという明示的な声明は見つかりませんが、これは非常に合理的な前提です。 POSIXの "alignment"の概念（posix_memalignを参照）は、任意の除数ではなく、2の累乗で定義されます。具体的には、整列引数はsizeof(void*)の2の累乗でなければなりません。このインターフェイスでページアライメントされたメモリを実現します。それを越えて、すべての現実のアーキテクチャは2のべき乗のページサイズを使用しており、それを常に変えるための合理的な正当性はない。他のものはハードウェアのコストがかなり高くなります。

Answer 2

1）Linuxカーネルのページサイズの計算によって保証されます。これは正式な標準という意味での保証ではありませんが、すでに述べたすべての理由でこのアプローチが変わることはありえません。

/usr/src/kernels/<your_kernel>/include/asm-generic/page.hから：

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

あなたが見ることができるように、ページサイズは、実際のシフトの観点で定義されているので、常に2の累乗になります。このコードは汎用アーキテクチャの場合に使用され、特定のアーキテクチャではPAGE_SHIFTの異なる値が定義されています。

2）実際には、getconfプログラムを使用してページサイズを取得するには、端末にgetconf PAGESIZEと入力します。これは、決して使用されない可能性の高いバックアップケースをコーディングするよりはるかに簡単な、コンパイル時の迅速なチェックを生成するために使用できます。

3）ページサイズはMMUによって決まります。したがって、正式な規格に最も近いものは、さまざまなメーカーのプロセッサのマニュアルです。例えば、インテル・ソフトウェア・デベロッパーズ・マニュアルのボリューム3Aから表4-1は、Intelプロセッサでページングモードとページサイズの完全なリストを与える：

4）私はすべての主要なプロセッサアーキテクチャということを伝えることができます2の累乗であるページサイズを使用します。

5）実際には大きな問題があります。実際には、物理​​メモリ領域の断片化はありません。ページとページフレームのサイズは同じである必要があります。したがって、ページサイズが2でない場合、2つのページフレーム以外のパワーが得られます。たとえば、ページ・フレーム・サイズが3000、合計で32ページ（単純化するため）のシステムを使用しているとします。したがって、物理アドレスは17ビット長であり、ページフレームを選択するために5ビット、3000バイトをアドレス指定するために12ビットである。 11111 1111 1111 1111に

00000 0000 0000 0000 
\___/ \____________/ 
    |    \ 
(page frame) (page offset) 

ページサイズ（ページ・フレーム・サイズ）が2の累乗に等しい場合、00000 0000 0000 0000から次いで全体の物理メモリ空間は有効なアドレスです。ページフレームのサイズが3000の場合は、XXXXX 1011 1011 0111（最後の有効なアドレス）からXXXXX 1111 1111 1111までの物理アドレス空間にギャップがあります。このようなシステムは使えないと言っているわけではありませんが、私は考えることができないほど厄介な複雑さを増やします。