PAE模式下如何计算PTE

基础的东西可以看一下 jiurl 写的 分页机制

这里只写一下最近看PAE，学到的东西

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PAE 即为物理地址扩展(Physical Address Extension)，

是 Intel x86 Pentium Pro处理器引入的一种内存映射模式。
在此模式下CPU可以访问多达64GB的物理内存。
cr4寄存器的第5位(从0开始算)可以看出系统是否启用了PAE。
0: kd> r cr4
cr4=000006f9
0: kd> .formats 000006f9
Evaluate expression:
    Hex:       000006f9
    Decimal: 1785
    Octal:     00000003371
    Binary:    00000000 00000000 00000110 11111001
    Chars:     ....
    Time:      Thu Jan 01 08:29:45 1970
    Float:     low 2.50132e-042 high 0
    Double:    8.81907e-321
可以看到我的机器启用了PAE
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在PAE 模式下 实现了三级地址转译，比非PAE模式多了一级，即

页目录指针表(4项，每项64位，每一项指向了一个页目录，CR3 寄存器指向了这里)
页目录(512项，每项64位，这里的每一项即为一个PDE)
页表(512项，每项64位，这里的每一项即为一个PTE)

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在PAE模式下PDE和PTE为64位，而不是原来的32位。
其结构如下：
0: kd> dt nt!_hardware_pte
nt!_HARDWARE_PTE
     +0x000 Valid              : Pos 0, 1 Bit
     +0x000 Write              : Pos 1, 1 Bit
     +0x000 Owner              : Pos 2, 1 Bit
     +0x000 WriteThrough       : Pos 3, 1 Bit
     +0x000 CacheDisable       : Pos 4, 1 Bit
     +0x000 Accessed           : Pos 5, 1 Bit
     +0x000 Dirty              : Pos 6, 1 Bit
     +0x000 LargePage          : Pos 7, 1 Bit
     +0x000 Global             : Pos 8, 1 Bit
     +0x000 CopyOnWrite        : Pos 9, 1 Bit
     +0x000 Prototype          : Pos 10, 1 Bit
     +0x000 reserved0          : Pos 11, 1 Bit
     +0x000 PageFrameNumber    : Pos 12, 26 Bits
     +0x000 reserved1          : Pos 38, 26 Bits
     +0x000 LowPart            : Uint4B
     +0x004 HighPart           : Uint4B
其中 +0x000 PageFrameNumber    : Pos 12, 26 Bits 为26位
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那么PAE下是怎么进行地址的转译的呢？这和非PAE模式下有何不同？
首先来观察一下 页目录指针表
0: kd> r cr3
cr3=06f40440
通过cr3找到 页目录指针表，然后看看他的内容
0: kd> !dd 06f40440
# 6f40440 13190801 00000000 24b51801 00000000
# 6f40450 3c852801 00000000 1398f801 00000000
# 6f40460 295f4801 00000000 37135801 00000000
前面4项就是指向4个页目录的PDE了

第一项是 0000000013190801
对应的 pfn 为 13190，来看一下这个pfn
0: kd> !pfn 13190
      PFN 00013190 at address 810BCBC0
      flink         00000000    blink / share count 0000000C    pteaddress C0603000
      reference count 0001     Cached       color 0
      restore pte 000000C0    containing page          01398F    Active       M      
      Modified
可以看到这个物理页对应的pte地址为C0603000，

于是用 !pte 命令就可以找到对应的虚拟地址了
0: kd> !pte C0603000
                 VA c0600000
PDE at 00000000C0603018      PTE at 00000000C0603000
contains 0000000008BA2863    contains 00000000318E3863
pfn 8ba2 ---DA--KWEV      pfn 318e3 ---DA--KWEV
对应的虚拟地址是 c0600000
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按照这种找法，分别找出了后3项指向的虚拟地址
分别是 c0601000 c0602000 c0603000
正好是 c0600000 开始处的4页，即4个页目录，

和非PAE模式的不同之处在于非PAE模式下的页目录被映射到了c0300000处。

现在来看看每一个页目录的第一项
0: kd> dd c0600000 l2
c0600000    2fe54867 00000000
其中pfn为2fe54
0: kd> !pfn 2fe54
      PFN 0002FE54 at address 813E3130
      flink         00000BA5    blink / share count 00000118    pteaddress C0600000
      reference count 0001     Cached       color 0
      restore pte 00000080    containing page          0318E3    Active       M      
      Modified             
0: kd> !pte C0600000
                 VA c0000000
PDE at 00000000C0603000      PTE at 00000000C0600000
contains 00000000318E3863    contains 000000002FE54867
pfn 318e3 ---DA--KWEV      pfn 2fe54 ---DA--UWEV
即c0600000 对应的 512 个页表(2MB)从 c0000000 开始
同样的方法找出了其他页表的开始处，于是发现
c0600000 - c0000000
c0601000 - c0200000
c0602000 - c0400000
c0603000 - c0600000
正好是4个2兆，对应了4个512页
也就是说页表被映射到了 c0000000 - c07fffff 范围之内

下面再看看虚拟地址
由于虚拟地址(32位，这里全用0表示)
00,000000000,000000000,000000000000
高2位：页目录指针的索引
接下来9位：页目录的索引
再接下来9位：页表索引
低12位：页内偏移

由于页表和页目录都是顺序排列的
那么可以得出
pteaddress = C0000000 + (VA >> 12) * 8

下面找个地址证实一下
比如 f1e11243 这个地址
c0000000+(f1e11243>>12)*8=c078F088
用 !pte 看一下
0: kd> !pte f1e11243
                 VA f1e11243
PDE at 00000000C0603C78      PTE at 00000000C078F088
contains 0000000001037963    contains 00000000FB70596B
pfn 1037 -G-DA--KWEV      pfn fb705 -G-DA-TKWEV
可以看到验证结果和上边等式相符。

写到现在也写的差不多了
最后，还有一个疑问就是
页目录地址为什么是 c0600000 ?

由于页目录和页表项的重合，所以
可以通过寻找c0000000地址的PTE来计算出来
c0000000 + (c0000000>>12)*8 = c0600000