物理地址扩展

编辑:星期网互动百科 时间:2020-02-24 06:07:44
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在计算机科学中,物理地址扩展是指x86x86-64处理器的一个特色,即如果操作系统提供适当支持,则可以在32位的系统中使用超过4GiB字节的实体内存。PAEIntelPentium Pro及以上级别的CPU(包括除了总线频率为400MHz的这个版本的奔腾M之外的所有新型号奔腾系列处理器)所支持,其他兼容的处理器,如速龙(Athlon)和AMD的较新型号的CPU也支持PAE。
中文名
物理地址扩展
外文名
Physical address extension
又    称
实体位置延伸
缩    写
PAE

物理地址扩展概述

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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。[1] 

物理地址扩展页表结构

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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。
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。
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[1]。
CPU对PAE模式的支持可以通过CPUID标志PAE来识别。
未启用PAE, 4 KB的页 未启用PAE, 4 KB的页
未启用PAE, 4 MB的页 未启用PAE, 4 MB的页
启用PAE,4 KB的页 启用PAE,4 KB的页
启用PAE,2 MB的页 启用PAE,2 MB的页

物理地址扩展操作系统的支持

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物理地址扩展FreeBSD

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] 

物理地址扩展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。

物理地址扩展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 ProXserve系统现在也是支持32GiB的RAM的。[4] 

物理地址扩展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。

物理地址扩展Windows

PAE受下列版本的32位版的Windows所支持:
系统版本
最大物理内存支持
Windows 2000 Advanced Server
8 GiB
Windows 2000 Datacenter Server
32 GiB
4 GiB
Windows Server 2003 Enterprise Edition
32 GiB
Windows Server 2003 SP1+ or R2 Enterprise Edition
64 GiB
Windows Server 2003 Datacenter Edition
64 GiB
Windows Server 2003 Standard Edition
4 GiB
4 GiB
Windows Server 2008 Enterprise or Datacenter Edition
64 GiB
Windows Server 2008 other editions
4 GiB
Windows 7 Starter
2 GiB
Windows 7 other editions
4 GiB
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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参考资料
词条标签:
计算机学 书籍