Linux x86 64 что это

Что такое x86-64 и откуда это взялось?

Программные продукты часто снабжаются интересными аббревиатурами, значение которых знают далеко не все. Например, напротив той же 1С: Бухгалтерии в прайсе можно обнаружить приписку x86-64. И вроде как не сложно догадаться, что речь идёт об использовании программного обеспечения, адаптированного для многоядерных процессоров. Но почему оно так странно записано? А как тогда должны быть обозначены программы для одноядерных систем (если такие, конечно же, сейчас вообще используются).

Логично было бы обозначать одноядерные процессоры и системы значком х32, как это делалось когда-то на уже устаревшем железе, ну а многоядерные системы отмечать как x64, поскольку сначала всё начиналось с двух ядер в системе. Но нет, на программном продукте мы видим именно x86-64! Такое обозначение встречается и, например, на дистрибутивах операционных систем. Если скачивать Линукс, то обязательно увидите множество самых разных версий, в том числе и обозначенную выше.

Всё начинается с разрядности. Для того, чтобы понимать о чём вообще идёт речь, нужно в первую очередь ориентироваться на то, чем является разрядность операционной системы.

В информатике разрядность – это количество битов, которые могут быть одновременно обработаны данным устройством (в нашем случае ОС). На сегодняшний день существуют только две разрядности операционной системы. Логично предположить, что это х32 и х64. Тогда откуда берется странная запись х86…Оно и на 32 не делится, и на 64 тоже.

x86 — это не разрядность, а архитектура процессора. Под архитектурой понимается способность аппаратного выполнения набора команд. Ведь мы помним, что любой процессор по сути дела – это набор цепей из полупроводниковых транзисторов. Цепь – это некоторая логическая последовательность, которая на выходе даст определенный результат.

Само собой, что аппаратная специфика конструкции процессора, то есть его архитектура, влияют на методику программирования и выбор подхода. x86 может работать как с 32-битной версией, так и с 64-битной версией. Но чаще всего указание на х86 ассоциируется именно с 32-разрядной системой. Правда корректно было бы указывать ещё и разрядность.

Сама маркировка x86 пошла от названия первого процессора от компании Intel i8086 и более новых моделей.

Правильный вариант обозначения через архитектуру выглядел бы примерно так:

• для 32 разрядной операционной системы x86-32bit
• для 64 битной x86-64bit

Ничего не напоминает последняя запись? Это та самая запись, которую мы обозначили в заголовке заметки и со смыслом которой пытались разобраться. x86-64 – это 64-разрядная версия набора инструкций x86. Это значит, что это версия для многоядерных процессоров, которая работает с процессорами типа х86 и при этом имеет 64-разрядную версию. Говоря ещё более простым языком – это версия для “двухъядерного процессора” и если у вас установлена операционка Windows x64, то выбирать следует именно такую версию.

Как узнать разрядность Linux

Разрядность Linux может быть 32 битной или 64 битной, в зависимости от архитектуры процессора. 32-битная версия Linux может использоваться на процессорах x86 и ARM, в то время как 64-битная – на x64 и ARM64. В настоящее время большинство новых компьютеров и серверов используют 64-битные версии Linux.

Что такое разрядность системы?

Разрядность системы Линукс относится к ее способности обработки данных и определяется количеством битов в центральном процессоре (CPU). Разрядность может быть 32-битной или 64-битной. 32-битная система может обрабатывать только 32-битные данные, тогда как 64-битная система способна обрабатывать как 32-битные, так и 64-битные данные. Разрядность системы влияет на ее производительность, потребление энергии, объем памяти и другие параметры.

Для чего знать разрядность Linux?

Знание разрядности системы Linux важно для понимания и выбора правильной версии программного обеспечения. Например, программа, созданная для 32-разрядной системы, может не работать на 64-разрядной системе и наоборот. Кроме того, знание разрядности поможет определить максимальную поддерживаемую оперативную память и процессор, что необходимо при выборе и апгрейде компьютера.

Смотрим разрядность в терминале

1. Откройте терминал, нажав сочетание клавиш Ctrl+Alt+T.
2. Напишите команду uname -m и нажмите Enter.
3. Вы увидите ответ в виде архитектуры вашей системы. Если в строке ответа упоминается x86_64, это означает, что у вас 64-разрядный Linux. Если в строке ответа упоминается i386, i486, i586 или i686, это означает, что у вас 32-разрядный Linux.
4. Также вы можете использовать команду getconf LONG_BIT, которая покажет текущую разрядность системы. Если выводит 32, значит у вас 32-разрядный Linux, если 64 — это означает, что у вас 64-разрядный Linux.

Важно помнить, что для использования 64-разрядного Linux необходимо, чтобы процессор также был 64-разрядным.

В Ubuntu, для этого надо открыть утилиту Настройки, а затем раздел О системе:

В разделе «Тип ОС» указывается архитектура системы, которая, в данном случае, является 64-битной. Но не стоит забывать, что наличие 64-битной архитектуры вовсе не означает невозможность запуска 32-битных приложений и библиотек. Благодаря обратной совместимости данной архитектуры, процессоры все еще способны выполнить задачи, предназначенные для 32-битной системы.

Для этого потребуется установить соответствующий набор драйверов и необходимые 32-битные библиотеки. Однако, обратная совместимость не работает в другую сторону: 32-битные системы не могут запускать 64-битные приложения. Теперь у вас есть знания, которые помогут определить разрядность системы Linux.

x86-64

x86-64 (x64/AMD64/Intel64/EM64T) — аппаратная платформа. Автором технологии является компания AMD. Платформа создана для выполнения 64-разрядных приложений.

Представляет собой расширение x86-архитектуры, обладает практически полной обратной совместимостью.

Компании Microsoft и Oracle применяют для индикации данного набора инструкций термин «x64», хотя каталог с файлами в дистрибутивах Linux имеет название «amd64» (в случае с архитектурой x86, именуется как «i386»).

На сегодняшний день, платформу x86-64 поддерживают следующие компании:

• AMD: процессоры Z-серии, C-серии, G-серии, E-серии, E1, E2, A4, A6, A8, A10, FX, Athlon 64, Athlon 64 FX, Athlon 64 X2, Athlon II, Phenom, Phenom II, Turion 64, Turion 64 X2, Turion II, Opteron, последние модели Sempron;
• Intel: реализует данную платформу, используя название «Intel 64» («EM64T» и «IA-32e»). Поздние модели процессоров Pentium 4, серии Pentium D, Pentium Extreme Edition, Celeron D, Celeron G-серии, Celeron B-серии, Pentium Dual-Core, Pentium T-серии, Pentium P-серии, Pentium G-серии, Pentium B-серии, Core 2 Duo, Core 2 Quad, Core 2 Extreme, Core i3, Core i5, Core i7, Atom и Xeon;
• VIA: Nano, Eden, QuadCore.

Название

Есть несколько вариаций названия данной технологии. Порой, противоречия в именовании платформы в каждой отдельной компании создают общую путаницу. Попробуем разобраться в терминологии:

• x86-64 — изначальный вариант названия, под которым компания AMD опубликовала первую предварительную спецификацию.
• x64 — название версий ОС Windows и Solaris. Используется в качестве названия для архитектуры компаний Microsoft и Sun Microsystems.
• AA-64(AMD Architecture 64) — название архитектуры, автором которого стал известный неофициальный справочник sandpile.org, по аналогии с IA-64.
• Hammer Architecture— название основывается на первых ядрах процессоров, поддерживавших данную архитектуру — Clawhammer и Sledgehammer.
• AMD64 — название технологии, данное фирмой-разработчиком — компанией AMD. Появилось после выпуска первых Clawhammer и Sledgehammer процессоров. На данный момент, является официальным названием для реализации от AMD.
• Yamhill Tehnology— первичное название аналогичной технологии от Intel. Порой также встречалось название CT (Clackamas Technology).
• EM64T(Extended Memory 64 Technology) — первое официальное название реализации Intel.
• IA-32e — название порой употреблялось вместе с EM64T. В основном, использовалось для обозначения «длинного» режима (в документации Intel именуется «режимом IA-32e»).
• Intel 64 — новое официальное название архитектуры Intel, использующееся в настоящее время. Intel потихоньку отходит от названий IA-32, IA-32e и EM64T, используя это. Теперь оно является единственным официальным названием данной архитектуры со стороны компании Intel.

В настоящее время, самыми распространенными названиями выступают: «x64», «x86-64» и «AMD64». Порой это путает AMD-пользователей — вплоть до отказа использования родных дистрибутивов ОС: пользователь не уверен, будет ли работать выбранная версия на AMD процессоре. На самом же деле, распространители программного обеспечения применяют название amd64 лишь для того, чтобы подчеркнуть, что именно компания AMD является новатором в разработке данной технологии.

Зачастую, пользователи сами путают архитектуру Intel 64 с IA-64. Важно помнить, что Intel 64 и IA-64 — совершенно разные, несовместимые между собой платформы:

• Представители Intel 64: последние версии Pentium 4, некоторые модели Celeron D, линейка Core 2, Core i3, Core i5, Core i7, некоторые модели Intel Atom;
• Представители IA-64: семейства Itanium и Itanium 2.

Режимы

Имеется два режима работы данной архитектуры:

«Long Mode»

«Длинный» режим, будучи родным для AMD64, позволяет воспользоваться всеми дополнительными преимуществами архитектуры. Для активации данного режима требуется 64-битная ОС. К примеру, Windows 7 x64 или 64-битные версии UNIX-подобных систем (GNU/Linux, FreeBSD, OpenBSD, NetBSD, Solaris, Mac OS X — от версии 10.4.7 и выше).

Данный режим дает возможность работать 64-битным программам, кроме того, доступна и обратная совместимость: имеется поддержка 32-битного кода для работы 32-битных приложений. Но 32-битные программы не имеют возможности читать 64-битные системные библиотеки, а также — наоборот. Для того, чтобы побороть эти ограничения, большая часть 64-разрядных операционных систем предоставляет два набора необходимых системных файлов (для родных 64-битных приложений и для их 32-битных версий). Такая же методика применялась в ранних 32-битных системах (Windows 95) для запуска 16-битных программ.

«Длинный» режим не содержит в себе некоторые «рудименты» x86-архитектуры. Например, режим виртуального 8086, сегментированную модель памяти, аппаратную мультизадачность, и прочее.

«Длинный» режим имеет одну яркую особенность: его активация производится посредством установки флага CR0.PG. Он применяется для включения страничного MMU (если это переключение разрешено (EFER.LME=1). Если переключение недопустимо, включение MMU происходит в «наследственном» режиме.

Так, исполнение 64-битного кода с запрещенным страничным преобразованием невозможно, что приводит к определенным сложностям в программировании, ведь при переключении из «длинного» в «наследственный» режим (и обратно) необходим двойной сброс MMU. Для этого код переключения должен быть в тождественно отображенной странице.

«Legacy Mode»

Этот режим зовется «наследственным» по той причине, что дает возможность процессору AMD64 работать с инструкциями, которые рассчитаны для x86-процессоров. Кроме того, в рамках активации данного режима, осуществляется полная совместимость с 32-битным кодом и соответствующими ОС.

Процессор в «наследственном» режиме работает точно так же, как стандартный x86-процессор. Дополнительные функции, доступные под архитектурой AMD64, становятся неактивны.

При активации данного режима, 64-битные программы и соответствующие операционные системы функционировать не будут.

Особенности

Набор инструкций x86-64 (позже — AMD64), выпущенный компанией AMD — это расширение Intel IA-32 (x86-32). Ключевая отличительная черта AMD64 кроется в поддержке 64-битных регистров общего назначения, а также 64-битных арифметических/логических операций над целыми числами и 64-битных виртуальных адресов.

Чтобы осуществить адресацию регистров, для команд введены специальные «префиксы расширения регистра». Специально для них был выбран диапазон кодов 40h-4Fh, использующихся для команд INC и DEC в 32-битных режимах. Команды INC и DEC в 64-битном режиме кодируются в общей двухбайтовой форме.

Платформа x86-64 включает в себя:

• Шестнадцать целочисленных 64-битных регистра общего назначения (RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSI, RDI, RSP, R8 — R15);
• Восемь 80-битных регистров с плавающей точкой (ST0 — ST7);
• Восемь 64-битных регистров Multimedia Extensions (MM0 — MM7, общее пространство с регистрами ST0 — ST7);
• Шестнадцать 128-битных регистров SSE (XMM0 — XMM15);
• 64-битный указатель RIP и 64-битный регистр флагов RFLAGS.

Сегментирование

В ходе создания архитектуры x86-64, специалисты компании AMD пришли к решению окончательно покончить с главным «рудиментом» архитектуры x86 — сегментной моделью памяти. Она поддерживалась еще во времена 8086/80286.

При создании новой версии продукта виртуализации, программисты VMware обнаружили ряд непреодолимых трудностей. Загвоздки возникали в процессе реализации виртуальной машины для 64-битных систем. Чтобы отделить код монитора от кода «гостя», программа применяла механизм сегментации, но данная задача так и не была реализована на практике.

После ряда неудачных экспериментов, компания AMD возобновила ограниченный вариант сегментной организации памяти (начиная с ревизии D архитектуры AMD64). Это дало возможность запускать 64-битные операционные системы в виртуальных машинах. Компания Intel не стала следовать такому примеру. Чтобы осуществить проверку процессора на предмет возможности запуска 64-битных гостевых операционных систем, VMware снабжает продукты специальной утилитой.

Команды LAHF и SAHF, вырезанные изначально, были возвращены в систему команд из-за их активного использования в программном обеспечении виртуализации.

По мере развития средств аппаратной виртуализации (Intel VT, AMD-V), необходимость в сегментации постепенно утрачивается.

ООО «Альтербит», 197183, Санкт-Петербург, Комендантский проспект, 2 схема проезда
Телефон: (812) 309-2602 ← Звони если хочешь купить сервер, схд, компьютер

Десять имён для одной архитектуры

На пятничном семинаре учебного проекта лаборатории МФТИ-Интел один из студентов задал мне примерно такой вопрос: а почему 64-битный вариант архитектуры процессоров Intel называется x64, а 32-битный — x86? Я начал объяснять, что не всё так просто. Захотелось нарисовать более полную картину. Ведь на самом деле это не x64, и даже не x86.

386-ые, Пентиумы и Коры

На самом деле названий для этого феномена, около сорока лет присутствующего на сцене процессорных технологий, было придумано несколько. Даже больше, чем хотелось бы. Они появились из разных источников и используются в разных контекстах, разными компаниями и разными сообществами. Конечно же, это вносит некоторую неразбериху.
Я постарался здесь собрать все известные мне названия. Не хочу пытаться доказать, что одна группа имён лучше другой, — меньше использовать их не станут.

8086 и семейство

В 1978 году был выпущен 16-битный процессор Intel, который имел «имя» 8086. За ним были 8088, 80186, 80286, 80386 (плюс вариации), 80486 (плюс вариации). Легко заметить, что (почти) все эти числовые имена оканчиваются на две цифры 86, что дало название всей серии x86. Оно укрепилось, его продолжили использовать и после того, как процессорам перестали давать цифровые имена, а появились Intel Pentium, Celeron, Xeon, Core, Atom и т.д. Совместимые продукты других вендоров, таких как IBM, AMD, Cyrix, VIA и т.д., также описываются как x86.
По моим наблюдениям, x86 — самый популярный вариант для имени этой архитектуры в Интернете, статьях и прочей литературе, особенно, когда не стоит задачи точно специфицировать разрядность архитектуры или речь явным образом идёт о 32-битном варианте.
Используются также вариации этого названия для 32-битных вариантов, позволяющие более точно указать минимальный набор поддерживаемых инструкций: i386, i486, i586, i686, — например, для различения вариантов сборок бинарных пакетов дистрибутивов Linux.

Пришествие 64 бит

Своими стараниями Intel расширила машинное слово в описанной ранее серии процессоров с 16 до 32 бит. Достигнуть этой архитектуре 64 бит помогла компания AMD, в 2003 году представившая процессор, поддерживающий новые инструкции и регистры и реализующий AMD64.
Для того, чтобы явно указать повышенную битность процессора/кода/пакета, имя x86 стало получать новый суффикс «64». Вот только через какой знак его приписывать не договорились, и иногда видишь x86_64, а порой x86-64. Например, вывод команды uname в Linux использует подчерк. Наконец, у пакетов можно увидеть и суффикс amd64 строчными буквами.
Intel же обозначала это расширение архитектуры сперва IA-32e, затем EM64T. В настоящее время можно встретить оба варианта в различных именах пакетов, документации и прочем. Тем не менее, есть и третье введённое Intel название…

Как это называет Intel

В официальной документации 32-битная архитектура имеет имя IA-32; её 64-битный вариант получил довольно странное с моей точки зрения имя Intel 64. Почему странное — оно создаёт потенциал для путаницы, как мы увидим ближе к концу статьи.

Компании-поставщики софта

• Дистибутивы Linux: x86 и x86_64, иногда x86 и amd64.
• Apple: x86 и x86_64.
• Microsoft и Oracle: x86 и x64.

Всё вместе

• Для 32-битного варианта: IA-32, x86, i386, i486, i586, i686.
• Для 64-битного варианта: Intel 64, AMD64, amd64, EM64T, IA-32e, x86_64, x86-64, x64.

Ложные имена

Как известно, за свою сорокалетнюю историю Intel выпускала (и выпускает сейчас) не только процессоры IA-32. Были и до сих пор присутствуют продукты других архитектур. Они тоже имеют свои имена, иногда несколько созвучные. При этом происходит путаница, от которой хотелось бы предостеречь.

Intel IA-64. Является полным синонимом термина «Intel Itanium». Используется для обозначения 64-битной архитектуры, несовместимой ни с IA-32, ни с 64-битным её вариантом ни по набору команд, ни по принципам работы. Да, существуют аппаратные и программные прослойки для запуска IA-32 приложений на Итаниуме, но это — тема для отдельного и интересного рассказа. Кстати, и для Itanium есть ещё одно обозначение — IPF, используемое изредка как суффикс.

К сожалению, линейки таких семейств процессоров Intel, как i432, i860, i960 или не дожили до наших дней, или же имеют крайне узкую нишу применения. А то глядишь — пришлось бы для каждого из них запоминать ещё по десятку имён.