Há algum benefício de desempenho de construir o kernel como 64 bits, mesmo que o espaço do usuário seja de 32 bits?

Question

Estou no meio da integração de um software de aplicativo em uma distribuição personalizada do Embedded Linux de um fornecedor de chipsets. Este é um produto baseado em ARM em que estou trabalhando. Notei que o kernel está sendo construído em 64 bits, mas o restante do espaço do usuário é de 32 bits.

Há algum benefício de desempenho de construir o kernel como 64 bits, mesmo que o espaço do usuário em 32 bits? O SOC é baseado no córtex ARM-a53.

Alguém sugeriu que o espaço do usuário em 32 bits resultaria em uma pegada de RAM menor para o espaço do usuário. O mesmo deve se aplicar ao kernel, mas o kernel é de 64 bits. Eu estou supondo que há um ganho no desempenho?

alguns específicos sobre o hardware:

• córtex ARM a53
• 1 GB de RAM

P.S: Não posso divulgar o nome do fornecedor devido a restrições de não divulgação.

    

Answer 1

O espaço de endereço virtual do processo do Linux é dividido em duas áreas:

• espaço do kernel
• espaço do usuário.

Dividir em arquiteturas de 32 bits

Em uma arquitetura de 32 bits, por exemplo, arm ou i386, a divisão tradicional é 3: 1, conforme mostrado abaixo:

    +--------+ 0xffffffff
    | Kernel |
    +--------+ 0xc0000000
    |        |
    | User   |
    |        |
    +--------+ 0x00000000

• Espaço do Kernel - 1 GiB
• Espaço do usuário - 3 GiB

Portanto, o kernel pode no máximo mapear 1 GiB de memória física a qualquer momento, mas há uma divisão adicional, porque precisamos de espaço de endereço virtual para que os mapas temporários acessem o restante da memória física. A divisão é a seguinte:

• inferior a 896 MiB (0xc0000000 a 0xf7ffffff) é mapeado diretamente para o espaço de endereço físico do kernel
• os 128 MiB restantes (0xf8000000 a 0xffffffff) são usados sob demanda pelo kernel para mapear para alta memória.

O arranjo é o seguinte:

                                                 physical memory 2 GiB 
                                          +------> +------------+
                                          |        |  1152 MiB  |  
                                          |        |            |  
    +------------------+ 0xffffffff  -----+        |  HIGH MEM  |  
    | On Demand 128MiB |                           |            |  
    +------------------+ 0xf8000000  ------------> +------------+  
    |                  |             ------+  
    |  Direct mapped   |                   +-----> +------------+   
    |    896 MiB       |             --+           |   896 MiB  |        
    +------------------+ 0xc0000000    +---------> +------------+  

Assim, o kernel do Linux através da interface highmem fornece acesso indireto a essa memória física no intervalo de 2/4/6/8 GiB. Mas, há um custo associado de criar mapeamentos temporários que podem ser bastante altos. O arco tem que manipular as tabelas de páginas do kernel, os registros de TLB e / ou MMU dos dados.

Em arquiteturas de 64 bits

A divisão 3G / 1G não se aplica. Devido ao enorme espaço de endereçamento, um esquema de divisão entre o espaço do usuário e o espaço do kernel pode ser escolhido, o que permite mapear toda a memória física no espaço de endereço do kernel. Assim, salvando todas as despesas gerais de mapeamentos temporários que uma arquitetura de 32 bits gera.

O suporte de memória alta é opcional no caso do kernel do Linux em arquiteturas de 64 bits e é até desabilitado desabilitado em casos de arquiteturas Linux em 64 bits.

Referência: Manipulação de Memória Alta no Linux .