Linux-32位的CPU下，程序使用的空间能不能超过4GB？

Question

32位的CPU下，程序使用的空间能不能超过4GB？如果能的话，windows和linux（我知道linux好像有个mmap函数）各有什么方法和机制能实现这一目的呢？求讲解！
注意：这里的“空间”指的是计算机的内存空间，不是虚拟地址空间，如果是虚拟地址空间，那答案肯定是否定的。

Answer 1

鉴于像数据库系统这样的应用程序对海量内存的需求，Intel公司也觉得4GB的内存不够用，因此就将CPU芯片中内存地址线由32根扩展到了36根（即最多64GB），这就是所谓的物理地址扩展（PAE：Physical Address Extension）。PAE使得操作系统或应用程序能够最多使用64GB的物理内存，对于Windows系统（2000以上）来说，只需在boot.ini文件中使用/PAE选项即可（类似于上面的/3GB选项）。需要提醒大家的是，如果没有在boot.ini文件中使用/PAE选项，那么即使计算机已经配置了超过4GB的物理内存，在Windows操作系统中也不能使用超过4GB的那些内存（事实上，根据我的经验，如果没有使用/PAE选项，Windows系统最多只能识别3.25GB的物理内存，我也不清楚为什么不是4GB？如果有知道的，请告诉我一声）。

虽然PAE使得在应用程序中使用超过4GB的物理内存成为可能，但是由于32位应用程序的虚拟地址空间并不随着物理内存的增大而有任何变化，这意味着你不可能使用类似VirtualAlloc( GetCurrentProcess,2GB,...,...)这样的函数＝调直接分配接近用户模式地址空间大小的内存区域。为了突破32位地址空间的限制，需要使用一种被成为地址窗口扩展（AWE：Address Windowing Extensions）的机制(在类Unix的系统上则有多种技术在使用，例如使用mmap()按需要把一部分文件映射到地址空间)（参见下图）。

AWE是Windows的内存管理功能的一组扩展，它使应用程序能够使用的内存量超过通过标准32位寻址可使用的2～3GB内存。AWE允许应用程序获取物理内存，然后将非分页内存的视图动态映射到32位地址空间。虽然32位地址空间限制为4GB，但是非分页内存却可以远远大于4GB。这使需要大量内存的应用程序（如大型数据库系统）能使用的内存量远远大于32位地址空间所支持的内存量。

在使用AWE机制时，需要注意以下几点：
（1）AWE允许在32位体系结构上分配超过4GB的物理内存，只有当系统可用物理内存大于用户模式的虚拟地址空间时，才应该使用AWE。
（2）若要使32位操作系统支持4GB以上的物理内存，必须在Boot.ini文件启用/PAE选项。
（3）若在Boot.ini文件中启用了/3GB选项，则操作系统最多能够使用16GB的物理内存，因此如果实际的物理内存超过16GB，必须确保不使用/3GB选项。
（4）使用AWE分配的内存是非分页的物理内存，这意味着这部分内存只能由分配的应用程序独占使用，不能由操作系统或其他程序使用，直到这些内存被释放为止，这与通常的VirtualAlloc函数分配的虚拟内存存在显著的不同，它不会参与分页替换。

参考链接：
如何在32位程序中突破地址空间限制使用超过4G的内存
物理地址扩展（Physical Address Extension）

Answer 2

参考一下，搜一下'kernel PAE'可以找到文章描述：

操作系统在32bit x86平台上最大寻址空间只有4GB，如果要使用大于4GB的内存，就必须使用Intel的PAE（物理地址扩展）模式。在Windows NT平台实现PAE只需要对boot.ini加上/pae即可。而对于RHEL5，缺省安装模式下是不允许检测超过4GB内存，所以我们需要在内核安装完毕后再安装kernel-PAE套件。

x86 平台的硬件支持两级页表，Intel Pentium pro以上的型号均支持PAE和三级页表，使得系统最大寻址达到36位，就是64GB的内存。但是系统进程运行时使用的永远是虚拟地址，在32位字长的 i386机器上，一个进程永远无法访问超出4G的字节。kernel只能通过拼凑的方式计算出大于4G的内存地址。

在Linux kernel配置项里有High Memmory Support, 如果总内存小于等于1G的选"off",大于4G的选"64G"
Note: Linux can use up to 64 Gigabytes of physical memory on x86 systems. However, the address space of 32-bit x86 processors is only 4 Gigabytes large. Thus means that, if you have a large amount of physical memory, not all of it can be "permanently mapped" by the kernel. The physical memory that's not permanently mapped is called "high memory".

还有一项Allocate 3rd-level pagetables from highmem，使用这一项可以在内存很多(大于4G)的机器上将用户空间的页表放到高位内存区,以节约宝贵的低端内存