一 引言Intel公司的IA-64架构是一种经济高效、伸缩自如、性能卓越的64位计算平台。从技术角度看，与一般处理器采用的超标量技术不同，IA-64架构的主要特色是采用EPIC结构。EPIC结构利用编译器挖掘应用程序的指令级并行性，并通过生成的机器语言以显式方式指导硬件执行程序，降低处理器硬件的复杂度，并通过编译软件挖掘出更多、更大范围内的指令级并行，EPIC架构代表了当前处理器设计的新思想。
Intel公司已成功推出安腾和安腾2处理器，安腾2处理器在SPECfp2000测试中的性能表现非常突出，仅在SPECfp2000 Peak测试中略微落后于Alpha21364，在SPECfp2000 Base的测试中则名列榜首。与此同时Intel公司非常注重IA-64架构操作系统的开发，早在1999年，Intel公司就联合HP、SGI、RedHat、VA Linux和IBM启动了Intel IA-64的Trillian项目，该项目旨在完成Linux在IA-64平台的移植和优化，许多成员为该项目做出了贡献，如HP完成内核，IBM完成性能分析工具和评测，Intel完成内核和EFI（Extensible Firmware Interface），RedHat完成GNUPRO开发工具，SGI完成编译器和kdb等。目前，Red Hat、TurboLinux、Caldera和SuSe都已发布了支持IA-64架构的Linux版本，Linux已成为支持IA-64架构的重要操作系统，HP公司的David Mosberger维护和管理IA-64 Linux项目，并已融入到Linux内核版本中。
二 IA-64 Linux地址空间划分从用户角度看，Linux进程的虚地址是线性的，它分为两部分：内核空间和用户空间。用户空间占据地址的低部分，从0到TASK_SIZE（TASK_SIZE的值是与具体的硬件平台相关的，在include/asm/processor.h中定义），剩余部分为内核空间。用户空间对进程是私有的，该地址由进程的页表维护管理，内核空间是所有进程共享的。在用户态下运行时，只可以访问用户空间，对内核空间的读/写/执行都将导致保护冲突故障，这可以防止出错或恶意的用户代码破坏内核；在内核态运行，则可以访问用户和内核空间。
IA-64架构支持64位虚地址空间，它将64位虚地址空间分成8个相等的区，每个区2048P字节大小，用虚地址的高3位（61-63位）表示区号。如图1所示
图1 IA-64 虚地址空间 目前应用对虚地址的需求还没有达到全64位，因此实现时并不需要支持全64位虚地址，IMPL_VA_MSB常量用于决定未实现的虚地址空间范围，它的值可以在50－60，IMPL_VA_MSB+1至60是未实现的虚地址位，未实现的地址位通过虚地址的低地址位符合扩展而成，如果IMPL_VA_MSB值小于60，则符合扩展将某个区的虚地址空间分成两部分，未实现部分在中间，如图2所示（IMPL_VA_MSB=50）。对未实现部分的访问是不允许的，如果是用户态的访问，则产生非法指令错；如果是核心态的访问，则操作系统内核崩溃。
 Linux/IA-64用户空间大小仍旧由TASK_SIZE常量所定义，在IA-64中使用0-4区作为用户空间，5-7区作为核心空间，PAGE_OFFSET常量指向第7区，如图3所示。内核空间可以进一步划分为页表映射段和对等映射段。页表映射段是由内核页表映射的，主要用于实现内核的vmalloc区域，内核用vmalloc区域实现虚地址连续的大内存块分配，该区域的地址范围由VMALLOC_START和VMALLOC_END决定的。对等映射段包含Linux的内核，如内核的正文段、数据段和栈段。对等映射是非常特殊的，该段的虚地址可以直接与物理地址映射，映射公式非常简单，通常是虚地址直接减一个基地址（如，PAGE_OFFSET）就得到物理地址。
图3 IA-64 Linux地址空间划分 在核心空间中，7区实现Cache的对等映射，6区实现非Cache的对等映射，5区实现内核页表映射段。5区中的第一页称为guard页，该页不被映射，对该页的任何访问都将产生一次页故障，该页用于在用户空间和核心空间数据拷贝时的快速权限检查。第二页称为gate页，用于支持核心和用户级的转换。第三页称为per-CPU页，它提供每个CPU的本地信息，用于多处理器系统。5区中剩余部分用于vmalloc区，从VMALLOC_START到VMALLOC_END。Linux/IA-64中各区的特性如下表所示，
区号使用页大小范围映射方式7Cache256MB全局对等6非Cache256MB全局对等5vmalloc, guard, gate8K全局页表4栈段8K进程页表3数据段8K进程页表2正文段8K进程页表1共享内存8K进程页表0IA-32模拟8K进程页表
Linux/IA-64基于区的地址空间划分与传统的X86体系结构不同，具有以下优势：（1）可以充分利用IA-64提供的支持多种物理页大小特性，通过区号实现不同页大小的区，如，操作系统内核代码和数据在7区，采用256MB大小的页，用户进程的正文段在2区，采用8KB大小的页，从而有效节约系统的硬件资源，提高系统性能。（2）便于应用程序的扩展。用户进程的正文段、数据段、栈段在不同的区，而每个区之间相差2048P字节，因此正文段或数据段的扩展不会引起各段之间的地址重叠。（3）便于实现基于区的共享和保护。 |
