O ecossistema em torno da arquitetura x86 está avançando para eliminar o peso de décadas de retrocompatibilidade. Em mensagem enviada à lista de discussão oficial do Kernel Linux, Christian Ludloff, pesquisador de arquitetura e mantenedor do repositório de documentação sandpile.org, publicou um documento detalhando o comportamento de uma implementação x86 puramente de 64 bits (PM64). A arquitetura descrita opera estritamente com paginação de cinco níveis (PML5) e baseia-se nas extensões FRED e APX.
Segundo o desenvolvedor, uma infraestrutura com esse nível de limpeza legada já está em uso em larga escala há mais de um ano, sinalizando uma transição madura no desenvolvimento e na adoção de processadores focados exclusivamente no modo de 64 bits, sem o fardo do Modo de Compatibilidade ou do Modo Real. O envio da documentação visa preparar o sistema operacional para essa nova realidade do hardware.
O que isso muda na prática
Desde os anos 1980, os processadores x86 acumularam modos de operação e recursos de hardware para garantir que sistemas operacionais antigos continuassem rodando nativamente em chips novos. Isso inclui desde a segmentação de memória até métodos antigos de paginação e o famigerado System Management Mode (SMM).
A proposta de um x86 puramente de 64 bits remove todo esse acúmulo de instruções do silício. Na prática, processadores ficam mais simples, fáceis de validar e potencialmente mais seguros e eficientes. Sistemas operacionais modernos, como o próprio Kernel Linux atual, tiram proveito direto da arquitetura enxuta. Softwares ou sistemas antigos que dependiam do hardware legado precisarão ser executados através de emulação por software, transferindo a complexidade do chip físico para o nível de virtualização ou emulação.
O extermínio da segmentação clássica
Um dos marcos mais significativos dessa implementação técnica é o desaparecimento completo da segmentação tradicional. Registradores de segmento conhecidos, como ES, CS, SS e DS, deixam de existir, assim como os registradores de tabela GDTR, IDTR e LDTR.
Com isso, instruções históricas associadas à segmentação também são extintas nativamente, abrangendo desde carregamentos locais (LSS, LFS, LGS) até o encerramento do clássico modo de interrupção em favor da nova extensão FRED (Flexible Return and Event Delivery), introduzida originalmente pela Intel e que modernizou o tratamento de exceções e eventos na arquitetura.
A evolução do FS e GS no Kernel Linux
Apesar da morte da segmentação de uso geral, os registradores FS e GS, essenciais para o Kernel Linux no gerenciamento de dados locais da CPU (per-CPU data) e no espaço do usuário (como o TLS, Thread Local Storage), não apenas sobrevivem, mas evoluem.
Os MSRs (Model-Specific Registers) associados às bases de FS e GS permanecem, e a implementação introduz um novo MSR focado para a base do FS no nível do kernel (kFS). O sistema agora conta com um registrador de controle chamado FSGS_CTRL, que oferece bits de configuração específicos para gerenciar a troca ou a aplicação conjunta desses ponteiros durante as transições entre o espaço do usuário e o modo supervisor, garantindo flexibilidade granular sem depender das antigas amarras de atributos de segmento.
Paginação moderna e limpeza de hardware
No gerenciamento de memória, o modelo elimina a paginação legada de 2, 3 e 4 níveis. O sistema passa a adotar exclusivamente o PML5 (paginação de 5 níveis). Essa padronização consolida o suporte a páginas massivas, incluindo tamanhos de 512 GiB e até 256 TiB, otimizando o endereçamento para cargas de trabalho modernas em servidores.
Além disso, a arquitetura abraça um mapeamento de identidade automático. Isso significa que, quando a paginação é desativada localmente, o endereço virtual se iguala ao físico sem a necessidade de retornar a modos de operação antigos, facilitando a vida dos desenvolvedores de baixo nível.
O processo de limpeza se estende à remoção do System Management Mode (SMM), uma área altamente privilegiada do firmware frequentemente criticada por questões de segurança e latência, além da extinção dos MTRRs fixos para o primeiro megabyte de memória e simplificações no tratamento de erros de máquina (Machine Checks) e de virtualização.
Segundo a análise apresentada por Ludloff aos desenvolvedores do Kernel Linux, a diretriz para a indústria é clara: aceitar o mundo focado em PM64 e delegar toda a complexidade do legado x86 para soluções de emulação por software.
