Linux内核-内存管理-PAE（物理地址扩展）

原文出自：http://blog.csdn.net/trochiluses/article/details/12853027

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，然而线性地址的位数仍然是 32 位，为此，需引入一种新的分页机制。从pentium pro 处理器开始，intel引入一种叫做 PAE 的机制，Linux 中使用了这种机制。

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，因为最多有 2^24 个页框可以被页表项指定），共 36 位，因此，每个页表项须从 32 位扩展到 64 位（36位>32位，考虑到对齐，因此应将页表项扩大一倍到64位）。

在4KB的常规分页情况下，由于每个页表项大小为64位，因而，原有4K大小的页表中，仅能包含512个表项，这占用了32位线性地址中的9位，同理，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（目录项），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）

【未启用PAE下的4K分页的页表结构】



【未启用PAE下的4M分页的页表结构】



【启用PAE下4K分页的页表结构】



【启用PAE下2M分页的页表结构】



线性地址的映射过程如下：

1）cr3：指向一个PDPT基地址

2）地址的31～30：确定PDPT项

3）地址的29～21：确定页目录项中的一个

此处，发生了分支：

A. 如果页目录项的PS标志位等于0，那么页大小是4K

4）地址的20～12：确定页表的某一项

5）地址的11～0：确定偏移

B. 如果PS=1，启用2M大页

4）地址的20～0：确定2M页中的偏移量。