[windows内核]2-9-9-12分页

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之前我们解了10-10-12分页方式，在这种分页方式下物理地址最多可达4GB。但随着硬件的发展，4GB的物理地址范围已经无法满足要求
Intel在1996年就已经意识到这个问题了，所以设计了新的分页方式，也就是我们这次要说的2-9-9-12分页，又称为PAE（物理地址扩展）分页。

具体细节可以再手册第3卷中的4.4 PAE PAGING查看

10-10-12分页 原理

1. Intel认为一张页的大小为4K是比较合理的，所以先确定页的大小为4K，4KB等于4096个字节，也就是2的12次方，所以32位的最后一部分就确定为了12位
2. 当初的物理内存比较小，所以4个字节的PTE就够了，加上页的尺寸是4K，所以一个页能存储1024个 PTE，也就是2的10次方，第二个10也就确定了
   
3. 同理，PDT也需要10个比特位，10+10+12刚好32位

2-9-9-12分页 原理

2-9-9-12分页（PAE，物理地址扩展）

1. 页的大小是确定的，4KB不能随便改，所以32位的最后一部分就确定为了12位。
2. 如果想增大物理内存的访问范围，就需要增大PTE，增大了多少呢？考虑对齐的因素，增加到8个字节,由于PTE增大了，而PTT表的大小没变，依然是4KB，所以每张PTT表能放的PTE个数由原来的1024个减少到512个，512等于2的9次方，因此PTI=9

3. 由于2的9次方个PDE就能找到所有的PTT表，因此PDI=9
4. 分配到这里时，还剩下前2位未分配。
   与10-10-12不同，CR3不直接指向PDT表，而是指向一张新的表，叫做PDPT表（页目录指针表）
   PDPT表中的每一个成员叫做PDPTE（Page-Directory-Point-Table Entry，页目录指针表项），每项占8个字节
   PDPT表只有4个成员，因为2位比特位只能满足四种情况：00,01,10,11

下面的彩图也许能帮助你理解

下面是手册里的转换解释

4K页图解:

2M页图解:

这里如果还是不明白原理的话可以去看一下这个

PAE 分页模式详解
https://www.cnblogs.com/ck1020/p/6078214.html

其中关键就是PAE模式下，一个32位的线性地址（虚拟地址）被翻译成一个52位的物理地址

分页机制中有个重要的概念就是物理页框号，页表能够层层递进正是在页表项中记录了物理页框号
在PAE模式下，使用36根地址线，最大可以索引到64GB的物理内存。由于页表项中有52位可以作为页框号，所以其可以定位更多的物理页框。即使碍于虚拟地址宽度所限，一个进程只能访问4GB空间，但是放大格局。站在系统的角度，则是在其他的进程需要的时候，可以减少换出内存的次数。
如果还是不明白可以看这里

内存分页之PAE分页模式
https://blog.csdn.net/huangkangying/article/details/50740547

Linux内存寻址https://r00tk1ts.github.io/2017/08/18/Linux%E5%86%85%E5%AD%98%E5%AF%BB%E5%9D%80/

PDPTE

P位：第0位，有效位
Avail：这部分供操作系统软件随意使用，CPU不使用
Base Addr：指向PDT表地址，由两部分组成
第一部分：高四字节32~35位
第二部分：低4字节12~31位
这两部分加起来共24位，后12位补0
灰色部分：保留位
PWT位与PCD位不在此展开说，感兴趣可以去看看，在

Table 4-8. Format of a PAE Page-Directory-Pointer-Table Entry (PDPTE)

PDE

结构如下:

PAT位：页属性表
只有当PS=1时，PAT位才是有意义的（页属性表只针对页）
PCD位、PWT位不在这里展开说，其他属性位的含义和10-10-12分页一致

PTE

结构图如下:

注意：

1. PTE中12~35位是物理页基址，低12位补0
2. 物理页基址+12位页内偏移指向具体数据

G位这里也不展开说，感兴趣的可以去看看

XD/NX标志位

描述：
Intel中称为XD，AMD中称为NX，即No Excetion

• 段的属性有可读、可写和可执行
• 页的属性有可读、可写
• 当RET执行返回的时候，如果把堆栈里面的数据指向一段提前准备好的数据（把数据当作代码来执行，漏洞都是依赖这点，比如SQL注入也是），那么就会产生任意代码执行的后果
• 所以，Intel就在这方面做了硬件保护，设置了一个不可执行位 – XD/NX位。
• 当XD=1时，软件产生了溢出也没有关系，即使EIP蹦到了危险的“数据区”，也是不可以执行的
• 在PAE分页模式下，PDE与PTE的最高位为XD/NX位.
  PAE没有改变线性地址，只是扩展了物理地址

实验

在PAE模式下通过线性地址找到物理地址
PAE开启和关闭的方法之前有说过这里不再重复

找到字符串的线性地址0x0029DEA8

将线性地址拆分为2-9-9-12

0x0029DEA8
0000 0000 0010 1001 1101 1110 1010 1000

00				0x0
00 0000 001		0x1
0 1001 1101		0x9D
1110 1010 1000	0xEA8

查看进程CR3

寻址

测试成功。