淺析linux內(nèi)核內(nèi)存管理之PAE

       早期Intel處理器從80386到Pentium使用32位物理地址，理論上，這樣可以訪問4GB的RAM。然而，大型服務(wù)器需要大于4GB的RAM來同時(shí)運(yùn)行數(shù)以千計(jì)的進(jìn)程，近幾年來這對(duì)Intel造成了壓力，所以必須擴(kuò)展32位80x86所支持的RAM容量。

       Intel通過在它的處理器上把管腳數(shù)從32增加到36已經(jīng)滿足了這些需求，可以尋址64GB。同時(shí)引入了一種新的分頁機(jī)制PAE(Physical Address Extension，物理地址擴(kuò)展)把32位線性地址轉(zhuǎn)換為36位物理地址才能使用所增加的物理內(nèi)存，通過設(shè)置CR4的第5位來開啟對(duì)PAE的支持。引入PAE就是為了訪問大于4GB的RAM，線性地址仍然是32位，而物理地址是36位。

       64GB的RAM被分為2^24個(gè)頁框，頁表項(xiàng)的物理地址字段從20位擴(kuò)展到了24位。PAE表項(xiàng)必須包含12個(gè)標(biāo)志位和24個(gè)物理地址位，總數(shù)之和為36，頁表項(xiàng)大小從32位變?yōu)?4位。這樣原來一個(gè)頁框有1024個(gè)entry，現(xiàn)在有512個(gè)entry。開啟PAE的80x86 32位使用的是三級(jí)頁表，第一級(jí)是新引入的PDPT(頁目錄指針表，相當(dāng)于PGD了)，第二級(jí)是PMD，第三級(jí)是PTE。PDPT只有4個(gè)entry，每個(gè)對(duì)應(yīng)1GB RAM，每個(gè)entry 是64位。CR3中有27位作為PDPT的起始地址。

在開啟PAE前，CR3中用20來存儲(chǔ)頁目錄的起始地址；開啟PAE后，用27位來存儲(chǔ)page directory pointer table的起始地址。

下邊分兩種情況來討論，一個(gè)是PS=0，一個(gè)是PS=1：

當(dāng)CR4的第5位被置位(開啟PAE)，第4位被置位(開啟PSE)

• 線性地址31~30，用來指向一個(gè)PDPT的entry
• 線性地址29~21，用來指向一個(gè)pmd的entry
• 線性地址20~0，為4MB大頁中的offset

當(dāng)CR4的第5位被置位(開啟PAE)，第4位被清除(關(guān)閉PSE)

• 線性地址31~30，用來指向一個(gè)PDPT的entry
• 線性地址29～21，用來指向一個(gè)pmd的entry
• 線性地址20~12，用來指向一個(gè)pte
• 線性地址11~0，為4KB頁中的offset

如何訪問64GB？

從上邊的三級(jí)分頁可以看到2^2*2^9*2^9*2^11=4GB，仍然訪問的是4GB。訪問64GB方法如下：

• 修改CR3中的值使其指向不同的PDPT，這樣就指向不同的4GB
• 修改PDP entry中的值，使其指向不同的PMD表，這樣可以指向不同的1GB