物理地址擴展

時間：2016-04-05 16:05:50 春健736由分享

　　在計算機科學(xué)中，物理地址擴展是指x86和x86-64處理器的一個特色，即如果操作系統(tǒng)提供適當(dāng)支持，則可以在32位的系統(tǒng)中使用超過4GiB字節(jié)的實體內(nèi)存，那么物理地址擴展是什么意思?學(xué)習(xí)啦小編整理了物理地址擴展的相關(guān)資料，下面大家跟著學(xué)習(xí)啦小編一起去了解一下吧。

　　物理地址擴展

　　x86的處理器增加了額外的地址線以選擇那些增加了的內(nèi)存，所以實體內(nèi)存的大小從32位增加到了36位。最大的實體內(nèi)存由4GiB增加到了64GiB。32位的虛擬地址(線性地址)則沒有變，所以一般的應(yīng)用軟件可以繼續(xù)使用地址為32位的指令;如果用平面內(nèi)存模式的話，這些軟件的地址空間也被限制為4GiB。操作系統(tǒng)用頁表將這4GiB的地址空間映射到大小為64GiB的實體內(nèi)存，而這個映射對各個進程一般是不一樣的。這樣一來，即使不能為單單一個程序所用，那些增加了的物理內(nèi)存仍然可以發(fā)揮作用。對于需要超過4GiB內(nèi)存的應(yīng)用軟件來說，除了一般的PAE支持，還需要操作系統(tǒng)提供另外的特殊的技術(shù)。在Windows上，這種技術(shù)叫做Address Windowing Extensions(AWE)。而在類Unix的系統(tǒng)上則有多種技術(shù)在使用，例如使用mmap()按需要把一部分文件映射到地址空間;但是，這還沒有成為一個標(biāo)準(zhǔn)。

　　在傳統(tǒng)的32位的保護模式中，x86處理器使用一種兩級的轉(zhuǎn)換方案。在這種方案中，控制暫存器CR3指向一個長4KiB的頁目錄(page directory);頁目錄又分為1024個每個4KiB的頁表(page table);最后頁表又分為1024個每個長4KiB的頁。

　　啟用PAE(通過設(shè)置控制暫存器CR4的第5位來啟用)會改變上面的方案。默認(rèn)情況下，每頁的大小是4KiB的。頁表和頁目錄中的表項都從32位擴為64位(8字節(jié))以使用附加的地址位。但是，頁表和頁目錄的總大小不變。所以，頁表和頁目錄現(xiàn)在都只有512個表項。因為這變成了原來方案的一半，所以另外的一個級加了進來：CR3現(xiàn)在指向的是頁目錄指針表，即一個包含4個頁目錄指針的表。

　　頁目錄里的表項的第7位叫做PS(Page Size)。如果這個位設(shè)為1，則頁目錄的表項不再指向頁表，而是指向一個2MiB的頁。頁目錄里還有另外一個叫NX位元的標(biāo)志位。它是第63位，表示No eXecute。因為頁表項中最低的12位，要么是這種標(biāo)識位，要么是和操作系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，所以最多可有52位在將來用于在2^52字節(jié)，即4pebibyte的物理內(nèi)存中尋址。

　　現(xiàn)在，x86架構(gòu)只使用該52位中的36位。對于在長模式(long mode)中的x86-64處理器，PAE是必須的;其中使用了52位中的40位或48位

　　操作系統(tǒng)的支持

　　FreeBSD

　　FreeBSD的4.x系列從4.9開始支持PAE，而5.x系列則從5.1開始。6.x及以后的系列都支持PAE。對內(nèi)核的關(guān)于PAE的配置是必須的。如果一個可加載內(nèi)核模塊是啟用了PAE的，則它只可以被加載到一個啟用了PAE的內(nèi)核;FreeBSD中二進制版本的模塊沒有啟用PAE，所以它們不能加載到啟用了PAE的內(nèi)核。并不是所有驅(qū)動程序都支持4GiB的物理內(nèi)存的;這種驅(qū)動程序不能在啟用了PAE的內(nèi)核下正常工作[2] 。

　　Linux

　　Linux內(nèi)核從2.6版本開始全面支持PAE[3] ，這使得在32位的機器上可以訪問64GB的內(nèi)存。啟用了PAE的Linux內(nèi)核還需要同樣支持PAE的CPU。從2008年起，很多一般的發(fā)布的Linux版本都默認(rèn)使用啟用了PAE的內(nèi)核。

　　Mac OS X

　　運行在Intel　CPU上的Mac OS X都支持PAE和NX位;在受蘋果支持的CPU上它也支持該兩種特性。即使Mac OS X 10.5 Leopard內(nèi)核仍然是32位的，但是Mac Pro和Xserve系統(tǒng)現(xiàn)在也是支持32GiB的RAM的。[4]

　　Solaris

　　Solaris從版本7開始支持PAE。但是，版本7的那些沒有專門支持PAE的第三方驅(qū)動程序在支持PAE的系統(tǒng)上可能會發(fā)生錯誤，甚至完全崩潰。

　　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，默認(rèn)在有no-execute (NX)和execute-disable (XD)特性的處理器上以PAE模式運行以允許NX。NX(或XD)在頁表項的第63位。如果沒有PAE，頁表項只就32位;所以要利用NX這個特性的話，就必須運行在PAE模式下。但是，基于為保證驅(qū)動兼容等原因，微軟通過許可證，在內(nèi)核中把桌面版Windows(包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7)和部分低端Windows Server的物理地址空間限制為4GiB。

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