常规分页机制32位地址线理论上可以寻址4GB的RAM地址空间,但是,大型的服务器需要大雨4GB的RAM来同时运行数以千计的进程,因此,Intel通过在处理器上把管脚数从32增加到36,以提高处理器的寻址能力,使其达到2^36=64GB,同时引入了一种新的分页机制PAE(Physical Address Extension,物理地址扩展)把32位线性地址转换为36位物理地址才能使用所增加的物理内存,通过设置CR4的第5位来开启对PAE的支持.引入PAE就是为了访问大于4GB的RAM,线性地址仍然是32位,而物理地址是36位.

64GB的RAM被分为2^24个页框,页表项的物理地址字段从20位扩展到24位,每个页表项必须包含12个标志位(固定)和24个物理地址位(36-12),共36位,因此,每个页表项须从32位(4Byte)扩展到64(8Byte)位(36位>32位,考虑到对齐,因此应将页表项扩大一倍到64位).这样就导致,一个4KB的页表可以包含512个表项而不是1024个表项.线性地址仍是32位,用其中的9位足以表示(2^9=512),由于页目录项与页表项具有同样的结构,高一级的页目录表中也仅能包含512个页表项,同样占用了32位线性地址中的9位,此时,线性地址剩余位数为:32位(总位数)-12位(页内偏移量)-9位(指示页表中的索引)-9位(指示页目录表中的索引)=2位,同时,Linux引入了一个页目录指针表(PDPT)的页表新级别,由4个64位表项构成,剩余的2位即用来指向PDPT中4个项中的一个.

下面4张图详细说明了4种情况下的页表结构(引自Wikipedia)

图1. 未启用PAE下的4K分页的页表结构

图2. 未启用PAE下的4M分页的页表结构

图3. 启用PAE下4K分页的页表结构

图4. 启用PAE下2M分页的页表结构

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