Журнал «Компьютерра» №41 от 08 ноября 2005 года - Журнал Компьютерра (библиотека электронных книг .txt) 📗
Конечно, нет! 64-разрядность виртуальной памяти в приложениях востребована уже сейчас, просто эти «добавочные биты» используются другими способами.
Во-первых, какую-то часть виртуального адресного пространства может забирать операционная система. К примеру, MS Windows обычно использует для своих нужд старший бит виртуального адреса, ограничивая адресное пространство запущенного в ней приложения 31 битом и 2 Гбайт адресного пространства. А два гигабайта оперативной памяти, согласитесь, куда ближе к реальной жизни, нежели гипотетические четыре; и ситуацию, когда их начнет не хватать, представить гораздо проще. Можно, правда, попытаться использовать специальный режим, когда Windows будет предоставлять процессам не два, а три гига адресного пространства, но работает он, к сожалению, далеко не всегда, зачастую роняя при неправильной настройке операционную систему.
Во-вторых, линейное адресное пространство подвержено «засорению» - процессу, в ходе которого в нем образуются дырки, которые невозможно использовать. Программы часто оперируют не байтами и словами, а гораздо более крупными структурами, занимающими десятки, сотни и даже миллионы байт информации. Если мы использовали эту структуру, а затем необходимость в ней отпала, то в памяти остается дыра, совпадающая по размерам и расположению с местом, где лежали данные этой структуры. И удастся ли сию дыру использовать - еще бабушка надвое сказала. Иногда почти вся оперативная память состоит из дырок, не несущих никакой практической пользы, и места для записи даже небольшого объема данных не находится[Подобным особенно грешат операционные системы и среды разработки компании Microsoft: менеджер памяти, используемый в Windows, не столь эффективен, как его UNIX-собратья, и «мусора» в памяти оставляет гораздо больше. Иногда это приводит к тому, что нормально работающие на UNIX программы, использующие вдобавок сравнительно небольшой объем оперативной памяти, в MS Windows через некоторое время вылетают с ошибкой Out of memory].
В-третьих, существует такая интересная техника, как маппинг файлов на оперативную память. «Маппить» можно что угодно, причем это не только самый быстрый, но и один из самых удобных способов обработки файлов. Не нужно ничего читать из файла или записывать в него, не нужно думать об эффективном кэшировании данных - все происходит автоматически. Просто «мапнул» файл на память - и находившиеся в нем данные волшебным образом мгновенно оказались доступными приложению. В «настоящую» оперативную память они будут подгружаться только при обращении к ним, а в случае длительной «невостребованности» - вновь возвращаться на жесткий диск, освобождая место для чего-нибудь более актуального. Реализовать что-либо подобное «вручную» - практически невозможно. Но, к сожалению, на двух гигабайтах адресного пространства Windows особенно не развернешься[И на 4 Гбайт своп-файла, которыми нас обычно ограничивает Windows (ругать так ругать!), - зачастую тоже], поэтому техника маппинга задействуется только тогда, когда высокая скорость обработки файлов для приложения становится критичной.
Поэтому даже если бы в технологиях EM64T/AMD64 не было бы ничего сверх возможности оперировать с 64-битными указателями[Указатель на оперативную память (обычно просто говорят: указатель) - это ячейка памяти, в которой записывается номер другой ячейки. То есть, к примеру, мы можем как-то использовать в программе это число (номер ячейки) - присваивать его, изменять, увеличивать или уменьшать, а потом вызвать специальную операцию «разыменования» - взятия данных, расположенных по этому адресу в оперативной памяти. В C/C++ и подобных языках программирования указатели выделены в самостоятельный тип данных, и программист работает с ними «вручную»; в других языках «арифметику» указателей от программиста прячут, предлагая работать с более высокоуровневыми абстракциями, однако в машинном коде и оперативной памяти указатели встречаются почти всегда] на оперативную память, они по-прежнему оставались бы востребованными и своего покупателя все равно бы нашли. Но стоила бы в этом случае овчинка выделки?
Увы, нет. По крайней мере в ближайшие года три. Изменения регистров общего назначения и системы адресации памяти - совсем не то, что добавление новых регистров и новых инструкций для работы с ними. Расширения никак не влияют на работу старых программ, которые об их существовании и не догадываются; а вот пройти мимо изменений использующихся на каждом шагу регистров общего назначения - даже в уже существующих приложениях - невозможно. Очень часто приложения явным или неявным образом апеллируют к тому, что данные, которые они используют, имеют ту или иную длину и неожиданный сюрприз в виде занимающего не 4, а 8 байт указателя на оперативную память для них почти всегда фатален. Даже если программа не занимается «явным приведением типов», превращая их в 32-битные целые числа и обратно (это из сугубо программистских заморочек), то почти наверняка хоть где-нибудь она работает со структурой данных, в которую одним из компонентов входит тот самый указатель, и где для него отведено строго четыре байта, зажатых слева и справа данными той же или других структур. Так что подавляющее большинство существующих 32-битных программ в 64-битном режиме выполняться не будут.
Это не такая уж катастрофа, как может показаться: современные процессоры умеют быстро переключаться между 32- и 64-битным режимами, однако как минимум одно приложение, работающее на 64-битном компьютере, эти «нововведения» все-таки должно поддерживать. Ибо если даже операционная система, заведующая менеджментом виртуального адресного пространства, будет работать в 32-битном режиме, то ради чего мы боролись? Поэтому сформулируем «принцип номер один» для 64-битных систем: для поддержки 64-битности операционная система тоже должна быть 64-битной. Правда, объем переделок, которые для этого требуются, велик, но не бесконечен - релизы UNIX-систем с поддержкой AMD64 появились всего лишь несколькими месяцами позже представления новых систем, так что если бы этим дело и ограничилось, то особых поводов для беспокойства не возникло. Но, к сожалению, драйверы для операционных систем - это часть ОС, и, волей-неволей, они тоже должны быть 64-битными. А поскольку драйверы пишут тысячи и десятки тысяч «сторонних разработчиков», которым отнюдь не улыбается одновременно поддерживать 32- и 64-битные версии, не говоря о том, чтобы создавать драйвер для «железки», выпуск которой уже два года как прекращен, то это уже очень серьезная проблема, не решенная до сих пор[Сообществу OpenSource проще: там почти ко всем драйверам идут исходники, и зачастую достаточно простой перекомпиляции исходников, чтобы получить из 32-битной версии 64-битную или наоборот. Юниксоиды вообще стараются по возможности создавать переносимый код, который можно использовать с минимумом изменений на разных платформах; но даже если перекомпиляции недостаточно, то «модификация» этих исходников с исправлением тонких мест, вызывающих проблемы с 64-битностью, в принципе доступна любому мало-мальски грамотному программисту. Поэтому с «опенсорсными» 64-битными драйверами особых проблем сейчас нет. А вот с «фирменными» (вроде поддерживающего в Linux аппаратное ускорение OpenGL-драйвера для видеокарт nVidia) есть, хотя вендоры и стараются оперативно их решать].
Второе «слабое место» 64-битных процессоров в том, что обработка 64-битных данных заведомо требует больше времени, чем обработка 32-битных, и, что еще важнее, 64-битные программы и данные к ним занимают в оперативной памяти гораздо больше места. А поскольку оперативная память - ресурс медленный и дефицитный (кэш-память, особенно кэши первого уровня, имеет конечные размеры), то вместе с возросшей вычислительной сложностью это приводит к сильному падению «чистой» производительности процессора в 64-битных режимах. А что вы хотели, за все нужно платить, и в классическом варианте за поддержку большого объема памяти, устранение «проблемы мусора» и упрощение процедуры маппинга файлов на память приходится расплачиваться сравнительно невысоким быстродействием процессора, подсистемы оперативной памяти и несовместимостью с ранее написанными драйверами. Разумеется, в перспективе мы никуда от этого не уйдем, но сегодня потенциальные недостатки 64-битности для обычного пользователя перевешивают ее потенциальные достоинства.
