物理地址扩展(PAE)概述

 

物理地址扩展 (PAE) X86 概述
物理地址扩展 (PAE) X86 允许软件使用地址窗口扩展 (AWE) API 集并在具有 Intel Pentium Pro 或更高版本处理器的计算机上运行，而 4 GB 以上物理内存允许将更多物理内存映射为应用程序的虚拟地址空间。

不使用 AWE API 集的应用程序也可以从 PAE X86 获益，因为操作系统使用更大的物理内存来减小页面，从而提高了性能。同样，这还使驻留多个应用程序的合并服务器受益。

通过在内存中而不是在磁盘上保存数据，可提高操纵大量数据的应用程序的性能。例如，PAE X86 可显著提高以下类型应用程序的性能：

• 数据库，如 Microsoft SQL/E 7.0 或更高版本。
 
• 科学和工程应用程序，如计算流体动力学的应用程序。
 
• 执行大量数据采集的统计分析应用程序。
 

更新到 PAE X86
下列更新已被执行，从而支持增加数据执行保护 (DEP)（也称为非执行页面保护）：

• 在采用支持非执行页面保护功能的处理器的计算机上启用 DEP 时，在运行装有 Service Pack 1 的 Windows Server 2003 和装有 Service Pack 2 的 Windows XP 的计算机上将自动启用 PAE。
 
• 在装有 SP1 的标准版 Windows Server 2003 和装有 SP2 的 Windows XP 上启用 PAE 模式时，物理地址空间将限制在 4 GB。将物理地址空间限制在 4 GB 有助于防止 PAE 模式出现驱动程序兼容性问题。
 

只有特定硬件才支持 PAE X86，因此在最初安装该操作系统时不启用此功能。有关哪些硬件支持 PAE X86 的详细信息，可以通过单击支持资源中的相应链接，查询有关 Windows Server 2003 家族中产品的硬件兼容性信息。有关如何启用 PAE X86 的详细信息，请参阅启用物理地址扩展 (PAE)。

1.	在根文件夹（如 C:）下查找 Boot.ini 文件并删除它的只读属性。
2.	打开 Boot.ini 文件，然后将 /PAE 参数添加到 ARC 路径中，如以下 Windows Server 2003 Datacenter Edition 示例所示： multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(2)/%systemroot%="Windows Server 2003, Datacenter Edition" /PAE
3.	在“文件”菜单上，单击“保存”。
4.	还原 Boot.ini 文件的只读属性。
5.	为使更改生效，请重新启动计算机。

如果要禁用PAE，把C:/Boot.ini中的/noexecute改为/execute就好了！！

使用PAE的分页机制的36位物理寻址

PAE分页机制以及对36bit物理寻址的支持，是在IA32架构的奔腾pro处理器中采用的。在IA32处理器中实现这个特性是通过CPUID指令的特性标志PAE（当CPUID指令的源操作数是2时，EDX寄存器的bit6就是这个特性标志）。CR4中的物理地址扩展（PAE）标志可以开启PAE机制，将物理地址从32bit扩展至36bit。处理器提供额外的4个地址线引脚来容纳这额外的地址位。为了能使用这个选项，必须设置如下的标志：
 CR0寄存器中的PG标志（bit 31）－开启分页
 CR4寄存器中的PAE标志（bit5）置位，开启PAE分页机制。
当开启PAE分页机制时，处理器支持两种尺寸的页：4KB和2MB。当使用32bit寻址时，这两种尺寸的页都能够使用同一个页表集来寻址（也就是说，一个页目录项可以指向一个2MB的页，也可以指向一个页表，这个页表的表项指向4KB的页）。要支持36bit的物理地址，分页的数据结构需要做如下的变化：
 页表项将变为64bit以适应36bit物理地址。每个4KB页的页目录和页表也就可以有最多512个表项了。
 线性地址变换的层次中，一个叫做页目录指针表的新表将被加入。这个表有4个64bit的表项。在线性变换的层次中，这个表在页目录之上。随着物理地址扩展机制的开启，处理器支持4个页目录。
 寄存器CR3（PDPR）中20bit的页目录基地址被27bit 的页目录指针表基地址所替代（见图3－17）(此时，寄存器CR3叫做PDPTR)。这个域给出了页目录指针表基地址的高27位，这就迫使页目录指针表的地址是32byte对齐的。
 线性地址变换允许将32bit的线性地址映射到更大的物理地址空间中。

3.8.1.开启PAE时的线性地址变换（4KB页）
图3－18显示了当启用PAE分页机制进行线性地址到4KB页映射时，页目录指针表，页目录和页表的层次结构。这种分页方法可以寻址高达220个页，线性地址空间达232byte(4GB)。
为了选择各种表项，线性地址被分为3部分：
 页目录指针表项－bit30到bit31，给出了该页目录指针表项在页目录指针表中的偏移量。被选中的表项给出了一个页目录的基地址。
 页目录项－bit21到bit29，给出了在被选中的页目录中的偏移量。被选择的目录项给出了一个页表的基地址。
 页表项－bit12到bit20，给出了在被选中的页表中的偏移量。被选中的页表项给出了一个页在内存中的物理基地址。
 页偏移量－bit0到bit11，给出了在被选中的页中的偏移量。
 
3.8.2启用PAE的线性地址变换（2MB 页）
图3－19显示了当启用PAE分页机制时，如何使用页目录指针表和页目录将线性地址映射到2MB的页。这种分页方法可以将2048个页（4个页目录指针表项乘上512个页目录项）映射到4GB的线性地址空间上。

当启用PAE时，通过设置页目录项中的页尺寸（PS）标志（见图3－14）。（如表3－3中所示，当启用PAE时，CR4寄存器中的PSE标志将对页的尺寸不起作用）。一旦PS标志被置位，线性地址被分为3部分：
 页目录指针表项－bit30到bit31，给出了一个页目录指针表项在页目录指针表中的偏移量。该页目录指针表项给出了一个页目录的基地址。
 页目录项－bit21到bit29，给出了一个页目录项在页目录中的偏移量。该页目录项给出了一个2MB页的基地址。
 页偏移量－bit0到bit20，给出了该地址在页中的偏移量。
 
3.8.3使用扩展的页表结构来访问完全扩展的物理地址空间
The page-table structure described in the previous two sections allows up to 4 GBytes of the 64 GByte extended physical address space to be addressed at one time. Additional 4-GByte sections of physical memory can be addressed in either of two way:
 将寄存器CR3中的指针改为指向另外一个页目录指针表，这个指针表又指向另外一个页目录和页表集合。
 改变页目录指针表的表项，使其指向另外一个页目录，这个页目录又会指向另外一个页表集合。
3.8.4.启用扩展寻址后的页目录项和页表项
图3－20显示了当使用4KB页，使用了36bit扩展物理地址时，页目录指针表项，页目录项和页表项的格式。图3－21当使用2MB和36bit扩展物理地址时，页目录指针表项和页目录项的格式。这些表项中的标志功能与3.7.6节 “页目录项和页表项”中描述的功能是一样的，其中主要的不同之处如下：
 增加的页目录指针表项
 表项的大小从32bit增加到了64bit
 页目录和页表的最多项数为512个
 每个项中，物理基地址域扩展到了24bit

注意
现行的实现了PAE机制的IA－32处理器在装载页目录指针表项时，使用非缓存访问。这种行为是模式特定行为，而非架构特定行为。未来的IA－32处理器也许会缓存页目录指针表项
 
 
根据表项的不同，表项中的物理基地址的说明如下：
 在页目录指针表项中，基地址是一个4KB页目录的第一个byte的物理地址
 在页目录项中，基地址是一个4KB页表或2MB页的第一个byte的物理地址
 在页表项中，基地址是一个4KB页的第一个byte的物理地址
在所有的表项中（除了指向2MB页的页目录项），基地址都被视为36bit物理地址的高24位，这就迫使页表和页都是4KB对齐的（这样，36bit物理地址的低12位都为0）。当页目录项指向一个2MB的页时，基地址被视为36bit物理地址的高15位，这就迫使2MB的页都是2MB对齐的（这样，36位物理地址的低21位为0）。

页目录指针表项的存在标志位，可以为0，也可以为1。如果存在标志被清零，页目录指针表的余下bits可以为操作系统所用。如果存在标志被置位（1），那么页目录指针表项就如图3－20（4KB页）和图3－21（2MB）所示。

页目录项中的页尺寸标志（bit7）可以判断该表项指向一个页表还是指向一个2MB的页。当该标志被清零时，表项指向一个页表；当该标志被置位时，表项指向一个2MB的页。这个标志使得4KB和2MB的页在一个页表集合中混用。

访问标志（A）(bit5)和脏标志（D）（bit6）供指向页的表项使用。

所有物理地址扩展表项的bit9，10和11都可为软件所用。（当“存在位”为0时，bit1到bit63都可以为软件所用）图3－14中所有被标为“保留”或“0”的bit都应当被置为0并且不能被软件访问。当控制寄存器CR4中的PSE和PAE标志被置位，而页目录项和页表项中的保留bit没有被置为0，处理器产生一个页错误（＃PF）；如果页目录指针表项中的保留bit没有被置为0，处理器会产生一个一般错误（＃GP）。