原文链接： http://www.dbaleet.org/the_cirle_of_hugepages_part_3
众所周知，x86是32位的，所以默认情况下，其可寻址的空间为2的32次方——4G。在X86设计之初，4G内存似乎是一个遥不可及的天文数字，但是摩尔定律打破了这一切，所以软硬件的设计和开发商必须想出一个对策来解决4G以上不可寻址的问题。
注意：这里没有说4G以上的内存不可寻址，而是说4G以上的地址空间不可寻址，这两者实际上有区别的。例如4G内存的CPU在32bit的Windows（非server版本）能识别到的内存一般在3G左右。 这其中的主要是主板或者操作系统的限制。因为计算机上一些其他的设备同样需要可寻址，而这一部分地址需要从总的可寻址空间中预留，例如BIOS芯片的ROM，显卡上的显存(RAM)和BIOS(ROM)，以及PCI、PCI-E设备上的RAM和ROM都需要占用一定的可寻址的空间。这个叫MMIO（Memory-mapped I/O）。这里有点off the topic了，所以不再赘述，要了解更详细的原因和机制，请参考以下链接：（RAM limit PCI hole, Conventional memory, 3GB barrier ）
CPU的设计者碰到了难题了：既要解决4G以上可寻址，又要兼容已有的架构和程序，那该怎么办呢？一种最可行的方式就是通过增加扩展地址来解决4G以上的寻址问题。于是Intel引入一个workaround PAE (Physical Address Extensions)机制：增加20位扩展地址，将原来的32位的物理地址扩展为52位，那么可寻址的空间就增加到了2的52次方——4PB，但是实际上x86只使用了其中的36位，也就是X86实际可寻址的物理地址为64G，而转化的过程为操作系统通过使用页表将4GB的地址空间映射到大小为64GB的物理地址空间。尽管物理地址为52位，但是线性地址还是32位，所以在这种架构下单个程序/进程使用的内存限制实际上仍然还是4G。
注：
PSE（Page Size Extension） 使得用户可以使用4M的页表。
PAE （Physical Address Extension）使得32位的系统就能够使用接近64GB的内存的一种技术。
如果PAE和PSE同时使用，则只能使用2M的页表。
x86_64默认使用PAE的扩展—— long mode。
通过上面两个图可知：
是否使用分页是通过CR0寄存器的PG表示来控制的，如果只使用传统的分段模式，则将CR0.PG置为0, 如果启用分页则需要将PG设置为1。使用page的大小则是由IA32_EFER寄存器LME标志以及CR4寄存器的PAE标志和PSE标志控制的， 其中IA32_EFER.LME标志控制是否是否启用IA-32e模式，而CR4.PAE标志为控制是否启用PAE， CR4.PSE标志控制是否启用PSE。但是并不是这三者的任意组合都是存在的，现实中存在的情况为以下几种：
| page size | paging mode | CR0.PG | IA32_EFER.LME | CR4.PAE | CR4.PSE |
|---|---|---|---|---|---|
| 4M | PSE | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 4k | PAE | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 2M | PAE+PSE | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 2M | IA-32e | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 4k | normal 32/64 | 1 | 0 | 0 | 0 |
当前x86/x86_64架构支持的page的大小包括： 4k, 2M, 4M, 1G (操作系统到目前还不支持1G的page table)
以下以x86_64的Linux为例，说明page的大小是如何得到的：
在内核源代码include/asm-x86_64/pgtable.h文件中，可以找到如下宏定义：
#define PMD_SHIFT 21
...
#define PMD_SIZE (1UL <<PMD_SHIFT)
可知使用long mode的page的大小为：
1 << 21 = 2097152
这个移位运算的结果，可询问wolframalpha大神： http://www.wolframalpha.com/input/?i=1%3C%3C21
需要注意的是page table的大小用户无法自定义，在Linux中即使修改这个宏定义，重新编译内核，也无法修改page的大小。
| Architecture | Page Size | Huge Page Size | Large Page Size |
|---|---|---|---|
| i386 | 4 KB | 4M (2M in PAE mode) | 1 GB |
| IA-64 | 4 KB | 4K, 8K, 64K, 256K, 1M, 4M, 16M, 256M | – |
| ppc64 | 4 KB | – | 16M |
| sparc | 8 KB | – | 8K, 64K, 4M, 256M, 2G |
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