32位Windows支持128GB内存的原因

话说4GB普及已经不是什么新鲜事，更大12GB以及16GB内存在网吧服务器上应用也不是什么新闻。而出于兼容性的考虑，目前大多数网吧客户机以及服务器都是采用的32位操作系统。而同样是32位操作系统，为什么服务器版本的Windows Server 2003就能支持大内存，而Windows XP最多只能支持4GB内存，但Windows往往会保留一部分内存地址，所以32位的Windows XP往往最多只能使用3.25GB或者3.5GB内存。但是Windows Server 2003却能完美支持大内存，这是为什么呢？在具体说明原因之前，我们来看看微软官方给出的各版本Windows最大内存支持情况：

从这个列表看出，Windows Server 2003最高端的版本Datacenter Edition最高可以支持到128GB内存。而家用版的Windows XP只能支持到4GB。同出于NT 5.0内核的操作系统，既然Datacenter能支持到128GB说明32位系统最大的4GB寻址能力显然不是制约系统使用物理内存的瓶颈，而Windows是如何实现这一点的呢？

首先我们来看Windows是如何使用物理内存的。我们知道，Windows使用内存不是直接根据程序请求去直接为程序分配物理内存，而是采用虚拟地址映射的方式为应用程序分配内存。应用程序提出使用内存的请求，是通过访问一个32位虚拟地址实现的。每一个“页面”是Windows管理内存的基本单位，每个页面的大小为4KB，这意味着每个页面需要12位二进制码去表示页面内每个字节的地址。32位地址空间中，还剩下20位地址，它们又被分为了10位页面索引以及10位页目录索引（“索引”就是指的序号）。所有索引对应的页面物理地址以及其他标示信息的集合称为“页表”，独立存放在内存中。而每个目录索引对应一个页表所在的物理地址。所有页表的物理地址及其相应信息构成了“页目录”。Windows使用内存，就是先通过目录号查找页表，再在页表中找到页号对应的物理内存页面地址，最后通过业内地址读取内存中一个字节的数据。

当然从中我们不难看出，此时Windows还是只能寻址4GB空间的。

以上的情形是Windows没有开启PAE（物理地址扩展）的情况。如果Windows开启了物理地址扩展，情况就有变化了。虽然还是使用了32位虚拟地址，而除了将虚拟地址分为上述的三个部分外，又多出了一个页目录指针占两位，页目录号变为9位，这就变成了四级结构，当然了，有了这些还不足以让Windows支持超大内存。真正的原因是，在没有开启PAE的情况下，页面中Windows标示每个内存页面的物理地址是用20位二进制地址，而在PAE模式下，每个页面会用25位二进制码标示页面的物理地址，于是最多可以支持32M个页面，而每个页面的大小是4KB，于是，Windows就获得了128GB的内存地址寻址能力。这也就是为什么即使是32位的Windows，也可以支持超过4GB内存的原因。