物理地址扩展

时间：2016-04-05 16:05:50 春健736由分享

　　在计算机科学中，物理地址扩展是指x86和x86-64处理器的一个特色，即如果操作系统学习啦在线学习网提供适当支持，则可以在32位的系统中使用超过4GiB字节的实体内存，那么物理地址扩展是什么意思?学习啦小编整理了物理地址扩展的相关资料，下面大家跟着学习啦小编一起去了解一下吧。

　　物理地址扩展

学习啦在线学习网　　x86的处理器增加了额外的地址线以选择那些增加了的内存，所以实体内存的大小从32位增加到了36位。最大的实体内存由4GiB增加到了64GiB。32位的虚拟地址(线性地址)则没有变，所以一般的应用软件可以继续使用地址为32位的指令;如果用平面内存模式的话，这些软件的地址空间也被限制为4GiB。操作系统用页表将这4GiB的地址空间映射到大小为64GiB的实体内存，而这个映射对各个进程一般是不一样的。这样一来，即使不能为单单一个程序所用，那些增加了的物理内存仍然可以发挥作用。对于需要超过4GiB内存的应用软件来说，除了一般的PAE支持，还需要操作系统提供另外的特殊的技术。在Windows上，这种技术叫做Address Windowing Extensions(AWE)。而在类Unix的系统上则有多种技术在使用，例如使用mmap()按需要把一部分文件映射到地址空间;但是，这还没有成为一个标准。

　　在传统的32位的保护模式中，x86处理器使用一种两级的转换方案。在这种方案中，控制暂存器CR3指向一个长4KiB的页目录(page directory);页目录又分为1024个每个4KiB的页表(page table);最后页表又分为1024个每个长4KiB的页。

学习啦在线学习网　　启用PAE(通过设置控制暂存器CR4的第5位来启用)会改变上面的方案。默认情况下，每页的大小是4KiB的。页表和页目录中的表项都从32位扩为64位(8字节)以使用附加的地址位。但是，页表和页目录的总大小不变。所以，页表和页目录现在都只有512个表项。因为这变成了原来方案的一半，所以另外的一个级加了进来：CR3现在指向的是页目录指针表，即一个包含4个页目录指针的表。

　　页目录里的表项的第7位叫做PS(Page Size)。如果这个位设为1，则页目录的表项不再指向页表，而是指向一个2MiB的页。页目录里还有另外一个叫NX位元的标志位。它是第63位，表示No eXecute。因为页表项中最低的12位，要么是这种标识位，要么是和操作系统相关的数据，所以最多可有52位在将来用于在2^52字节，即4pebibyte的物理内存中寻址。

学习啦在线学习网　　现在，x86架构只使用该52位中的36位。对于在长模式(long mode)中的x86-64处理器，PAE是必须的;其中使用了52位中的40位或48位

　　操作系统的支持

　　FreeBSD

学习啦在线学习网　　FreeBSD的4.x系列从4.9开始支持PAE，而5.x系列则从5.1开始。6.x及以后的系列都支持PAE。对内核的关于PAE的配置是必须的。如果一个可加载内核模块是启用了PAE的，则它只可以被加载到一个启用了PAE的内核;FreeBSD中二进制版本的模块没有启用PAE，所以它们不能加载到启用了PAE的内核。并不是所有驱动程序都支持4GiB的物理内存的;这种驱动程序不能在启用了PAE的内核下正常工作[2] 。

　　Linux

　　Linux内核从2.6版本开始全面支持PAE[3] ，这使得在32位的机器上可以访问64GB的内存。启用了PAE的Linux内核还需要同样支持PAE的CPU。从2008年起，很多一般的发布的Linux版本都默认使用启用了PAE的内核。

　　Mac OS X

　　运行在Intel　CPU上的Mac OS X都支持PAE和NX位;在受苹果支持的CPU上它也支持该两种特性。即使Mac OS X 10.5 Leopard内核仍然是32位的，但是Mac Pro和Xserve系统现在也是支持32GiB的RAM的。[4]

　　Solaris

　　Solaris从版本7开始支持PAE。但是，版本7的那些没有专门支持PAE的第三方驱动程序在支持PAE的系统上可能会发生错误，甚至完全崩溃。

　　Windows

　　PAE受下列版本的32位版的Windows所支持：

　　Windows XP SP2和其他新的版本，默认在有no-execute (NX)和execute-disable (XD)特性的处理器上以PAE模式运行以允许NX。NX(或XD)在页表项的第63位。如果没有PAE，页表项只就32位;所以要利用NX这个特性的话，就必须运行在PAE模式下。但是，基于为保证驱动兼容等原因，微软通过许可证，在内核中把桌面版Windows(包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7)和部分低端Windows Server的物理地址空间限制为4GiB。

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