PAE下的虚拟内存映射 分析

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PAE 即为物理地址扩展(Physical Address Extension)，详细的内容请Google。 

我的电脑是Win7，CPU是双核处理器，信息如下，
0: kd> !sysinfo cpuinfo 
[CPU Information]
~MHz = REG_DWORD 2527
Component Information = REG_BINARY 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
Configuration Data = REG_FULL_RESOURCE_DESCRIPTOR ff,ff,ff,ff,ff,ff,ff,ff,0,0,0,0,0,0,0,0
Identifier = REG_SZ x86 Family 6 Model 23 Stepping 10
ProcessorNameString = REG_SZ Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU     P8700  @ 2.53GHz 
Update Signature = REG_BINARY 0,0,0,0,7,a,0,0
Update Status = REG_DWORD 6
VendorIdentifier = REG_SZ GenuineIntel
MSR8B = REG_QWORD a0700000000

 

看看PAE有没有打开？
1: kd> r cr4 
cr4=000406f9
0000 0000 0000 0100 0000 0110  1 1  11 1001

 

PGE/PAE/PSE = 1

内存映射说起来复杂，其实一二张图就能清楚的表述。在PAE模式，1页(Page)大小4K的情况下，内存是这样映射的，
虚拟地址(VA，32位，这里全用0表示) 00,000000000,000000000,000000000000
高2位：页目录指针的索引，接下来9位：页目录的索引，再接下来9位：页表索引，低12位：页内偏移，每个页目录项或者页表项占8个Bytes。

下图表示了从虚拟地址到物理地址的转化过程。





整个4G内存从0xC0000000映射，假设使用1G为单位，分成4块，

0xC0000000-->0x00000000
0xC0200000-->0x40000000
0xC0400000-->0x80000000
0xC0600000-->0xC0000000

如下图所示：

 

2M的页表可映射1G的内存，对于4G的内存来说，总共需要8M的页表。
也就是说，页表（PTE）放在0xC0000000到0xC07FFFFF区域，映射了整个内存区域。
每4K内存映射到8个Byte上，得到这样的公式：页表的地址PTE = 0xC0000000 + VA >> 12 << 3

让我们放大，看下0xC0000000这块，因为它既是被映射的内存，同时又是页表，形成了自己映射自己的事实。
0xC0600000-->0xC0000000
0xC0601000-->0xC0200000
0xC0602000-->0xC0400000
0xC0603000-->0xC0600000
0xC0600000，0xC0601000，0xC0602000，0xC0603000这4页不仅是页表，还是页目录(PDE)，因为它的内容是页表的地址。每个4K的页目录映射到2M的页表，总共有4个页目录，16K。

 

再次放大，仔细看看0xC0603000开始的内容，
0xC0603000-->0xC0600000
0xC0603008-->0xC0601000
0xC0603010-->0xC0602000
0xC0603018-->0xC0603000
0xC0603020-->0xC0604000
......
0xC0604000-->0xC0800000

0xC0603000开始的页是特别的，前4项指向了4个页目录，意味着这页，是页表（PTE），是页目录（PDE），实际上还是PAE模式下特有的PDPE，只有4项，4*8 = 32Byte。

0xC0603020开始指向后面的普通页表了，而0xC0604000开始指向的是普通的页，到0xC0800000页表结束，映射了总共4G的内存。