PSE-36

✍ dations ◷ 2025-04-04 23:57:26 #虚拟内存,X86架构

在计算机领域,PSE-36(英语:36-bit Page Size Extension,即36位页面大小扩展)是一个x86处理器特性,它可将电脑数据存贮器的寻址能力从32位扩展到36位,允许寻址最多64 GB内存。相较于物理地址扩展(PAE)方法,PSE-36是解决4 GB内存瓶颈的更简单方案。它采用页大小扩展(英语:Page Size Extension)(PSE)模式和一个修改的页面目录表来映射4 MB的页到一个64 GB物理地址空间。PSE-36的缺点是,不同于PAE,它在4 GB以上的区域没有4 KB的页面粒度。

PSE-36随Pentium II Xeon被引入到x86架构,并且最初被公布为“英特尔扩展服务器内存架构”(有时缩写为ESMA)的一部分,这个品牌也包括稍早一点的PAE(并且因此,只支持PAE的Pentium Pro被宣传为仅具有ESMA的“子集支持”)

PSE-36的鼎盛时期比较短。PSE-36相较PAE的主要优势是,操作系统的内部组件几乎不需要重做,因此PSE-36被认为是一个合适的缓解措施 围绕Windows NT 4.0企业版时间表的。更新的微软操作系统(包括Windows 2000)只支持PAE。例如Linux等部分操作系统完全跳过了PSE-36。尽管如此,AMD和之后的英特尔选择在其64位处理器中提供最多40位的PSE支持(在传统模式(英语:legacy mode)下运行时)。

PSE-36的支持在CPUID结果之特性比特中的EDX第17比特(从0开始计数)表示。与纯PSE支持不同,它是由同一寄存器中的比特3指示。

就激活PSE-36而言,它没有一个单独的比特来开关PSE。至少处理器(根据CPUID标识)和芯片组支持PSE-36,直接启用PSE(通过设置比特4,即, 系统寄存器CR4(英语:Control register#CR4)的)就能允许大型的4 MB页(在64 GB范围内)以及普通的4 KB页(只能在常规的4 GB范围内)。

如果CPU支持较新的PSE-36,使用CPUID指令检查判定,那么除了在PSE中使用的10位,还有4个比特用于指向大页面的页面目录项。这将允许大页面位于36位地址空间中。

页面目录项(PDE)中的PS比特(比特7)标示此项是一个页表(描述1024个4 KiB页面)还是一个4 MB页面。正常模式与PSE-36模式下的PDE结构如下:

凭借在传统模式(英语:Legacy mode)下运行时翻译PDE的比特20..13为页面基地址的比特39..32,AMD在其AMD64处理器中将此方案扩展为40比特寻址。因此它只保留了比特21(必须为零)。但请注意,在长模式下CR4.PSE被忽略,并且该模式下PSE式4 MB页面不可用。在AMD64传统模式下使用PSE 4 MB页面可寻址的物理内存总量因此是1024 GB。汤姆·谢利(Tom Shanley)称此扩展为PSE-40,尽管该名称没有出现在AMD官方文档中。

最新的英特尔手册(2014年2月)也表明在PSE中最多支持40位。英特尔CPU支持的PSE位的确切数目可能较少,并且必须通过CPUID确定处理器支持的最大物理地址宽度,方法是使用function 80000008H调用CPUID,并检查EAX中的结果。

PSE-36特性的实用性取决于芯片组对超过4 GB内存的支持。奔腾II时代的大多数芯片组并不支持这么多内存,英特尔440BX典型台式机芯片组的最大容量为1 GB,440GX工作站芯片组则为2 GB。只有高端服务器主板Intel 450NX芯片组支持8 GB。对PSE-36(ESMA)的支持通常面向服务器宣传。

作为适配支持PSE-36的操作系统,1998年英特尔宣布了Microsoft Windows NT Server、Enterprise Edition 4.0和据称即将到来的NT 5.0,它们都可以通过一个PSE36device driver来支持,这使得操作系统的大部分组件不能感知PSE-36(只有PSE36驱动程序启用时能暂时感知),并且想要访问超过4 GB内存的应用程序必须调用驱动程序。因此Windows NT 4.0企业版基本将PSE-36特性作为一个内存盘。Windows NT 4.0 Enterprise Edition服务器上的部分应用程序使用PSE36驱动程序,这包括:SAP(英语:SAP ERP) liveCache、Microsoft SQL Server 7.0、Oracle 8.1.5和IBM DB2。后者的调优文档指出,“遗憾的是,在大多数情况下,使用PSE-36驱动程序获得的性能增益并不是很好。在许多情况下,使用PSE-36驱动程序、具有8 GB内存的服务器,运行速度要比使用不使用该驱动程序、具有4 GB内存的服务器更慢。 经过一年多的实验和调整,微软和IBM由于性能不佳而放弃了PSE-36的支持。该驱动程序对英特尔的供应商仍然可用,但对于最终客户使用而言并无价值。”

由于与另一方案PAE相比性能低下,Windows 2000(NT 5.0)最终不支持PSE-36。Windows 2000也用新的地址窗口扩展(AWE)替换了PSE36驱动程序的API,其中采用PAE。(AWE仅适用于Windows 2000的数据中心服务器和高级服务器版本)。Windows应用程序因而迁移到这个新API,例如Oracle 8.1.6和MS SQL Server 2000。

PSE-36从未被Linux支持。

物理地址扩展(PAE)是另一个允许36位寻址的方案。PSE-36具有不改变页面表层次结构的优点,并且页面条目保持其旧的32位格式而不扩展到64位。PSE-36的显着缺点是只有大页面可以处在64 GB的物理内存中,而小页面仍然只能位于前4 GB的物理内存。

英特尔扩展服务器内存架构被定义为在核心处理器中包括两个36位寻址模式:PAE-36和PSE-36。

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