Physical Address Extension (PAE) — режим работы встроенного блока управления памятьюx86-совместимых процессоров, в котором используются 64-битные элементы таблиц страниц (из которых для адресации используются только 36 бит), c помощью которых процессор может адресовать 64 ГБ физической памяти (вместо 4 ГБ, адресуемых при использовании 32-разрядных таблиц), хотя каждая задача (программа) всё равно может адресовать максимум до 4 ГБ виртуальной памяти[1]. Также в новых моделях процессоров в PAE-режиме старший бит элемента таблицы страниц отвечает за запрет исполнения кода в странице, что затрудняет атаку по методу переполнения буфера.
Впервые расширение появилось в процессоре Pentium Pro. Для использования 36-разрядной адресации памяти необходима поддержка расширения физических адресов на программном уровне (включение режима PAE в ОС) и аппаратном: необходима поддержка как со стороны процессора, так и материнской платы (можно определить по команде CPUID). Материнские платы с поддержкой PAE, как правило, были дорогими и предназначались для серверов.[2].
PAE позволяет использовать более 4 ГБ оперативной памяти в 32-битной ОС.
PAE требуется для поддержки NX[3] в 32-битной системе.
Проблемы
Из-за увеличения количества страничных уровней[4] система начинает тратить больше времени при обращении к памяти. Таким образом, если типичный объём используемой программой памяти незначительно больше 2 ГБ, то работа без PAE может быть эффективнее.
В 32-битной Windows режим включается автоматически, когда система поддерживает PAE (Physical Address Extension) и присутствует более 4 ГБ памяти, и, если не задать «noexecute=alwaysoff /nopae» в boot.ini, который запрещает загрузчику (NTLDR) использовать PAE-версию ядра.
Если пользователь включил запрет исполнения кода в страницах памяти (NX, технология DEP), то режим PAE в 32-битных версиях ОС Windows включается автоматически[6], независимо от наличия «/nopae».
Начиная с Windows XP Service Pack 2, по умолчанию, на процессорах с поддержкой технологий no-execute (NX) или execute-disable (XD) система использует PAE для возможности использования DEP[7].
В 32-битных клиентах Microsoft Windows (начиная с Windows XP SP2) использование 36-битного PAE включается ключом /PAE в файле boot.ini, однако, максимальный физический адрес доступного операционной системе ОЗУ искусственно ограничен на уровне ядра по маркетинговым соображениям[8]. В Windows XP это ограничение составляет 4 ГБ, 32-разрядный Windows Server 2003 Enterprise Edition поддерживает до 64 ГБ. Существуют программы, позволяющие обойти ограничение на доступную память[9], но их использование является нарушением лицензионного соглашения Microsoft[10]. В случае 4 ГБ ОЗУ память можно использовать в Windows XP почти полностью, переместив системные области адресного пространства выше 4 ГБ, такую функцию поддерживают некоторые версии BIOS. Тем не менее, согласно заявлениям Microsoft, введение 4-ГБ ограничения адресного пространства связано с отсутствующей или плохой поддержкой 36-битного адресного пространства некоторыми драйверами устройств[11].
Одним из пунктов минимальных системных требований Windows 8 является обязательная поддержка процессором PAE.
Обычные 32-битные версии Windows поддерживают до 4—8 ГБ ОЗУ, Datacenter - до 32—64. В Starter версиях Windows XP и Vista — ограничение в 0,5—1 ГБ[12].
Также для 32-битных приложений в Windows можно использовать специальный патчер, который снимает лимит используемой ОЗУ в 2 ГБ без необходимости его перекомпилировать. Применим и для 32-битных приложений в 64-битной среде Windows с аналогичной целью. Это нужно в основном для увеличения адресного пространства 32-битных приложений, так как они ограничиваются вышеуказанным объемом в 2 ГБ на каждый процесс[13]. Стоит отметить, что этот способ не всегда работает и приложение может перестать запускаться. В некоторых случаях пропатченное приложение таким образом может увеличить свою производительность, например, скорость запуска уровня в некоторых играх.
В ядреLinux полная поддержка PAE имеется, начиная с версии 2.3.23 (1999)[14]. Оно поддерживает 36-битную физическую адресацию — до 64 ГБ ОЗУ. Для запуска ядра, собранного с поддержкой PAE (опция CONFIG_X86_PAE=y), требуется процессор с данной функцией; загрузка на более ранних процессорах, таких как Pentium Pro или Pentium M, невозможна. Многие дистрибутивы поставляются либо с дополнительным пакетом PAE-ядра, либо используют такое ядро по умолчанию. Например, с 2009 Fedora перешла на PAE-ядро[15] В 2012 году некоторые дистрибутивы, например RHEL 6 и Ubuntu 12.10, прекратили поставку ядер без поддержки PAE[16][17]. Fedora и Debian продолжают распространение как PAE-, так и не PAE- версий ядра[18][19].
Включение PAE необходимо для поддержки функциональности NX (доступна с ядер 2.6.8)[20][21].
FreeBSD поддерживает PAE: в линейке 4.x версий — начиная с 4.9, в линейке 5.x версий — начиная с 5.1, все 6.x и более поздние. Не все драйверы поддерживают более 4 ГБ ОЗУ и поэтому могут работать некорректно.
↑Intel Corporation.Intel Chipset 4 GB System Memory Support (неопр.) (pdf). Pentium Pro Family Developer’s Manual 7 (февраль 2005). — «In uni-processor based systems for mobile, desktop, workstation, and entry level servers, chipsets may be limited to 4 GB of maximum memory. In today’s dual processor Intel server chipsets and workstations, maximum system memory size can be upwards of 16 GB.» Архивировано 28 октября 2014 года.
↑Jamie Adams.Protecting Linux Against Overflow Exploits(англ.). infosec (23 сентября 2010). — «Most Linux distributions bundle NX support with a PAE-enabled kernel (kernel-PAE). However, some people don't install the Physical Address Extension (PAE) kernel because they think it is just to provide support for physical memory above 4GB.» Дата обращения: 27 ноября 2013. Архивировано из оригинала 3 декабря 2013 года.
↑Geoff Chappell - Software Analyst.Licensed Memory in 32-Bit Windows Vista(англ.). — «That 32-bit editions of Windows starting with Windows Vista are limited to 4GB ...The 32-bit editions of Windows Vista and Windows 7 all contain code for using physical memory above 4GB. Microsoft just doesn’t license you to use that code.» Дата обращения: 26 декабря 2013. Архивировано 10 декабря 2013 года.
↑Professional Linux Kernel ArchitectureАрхивная копия от 5 декабря 2013 на Wayback Machine, Figure 3.16 Code flow for paging_init, «Execute Disable Protection is also enabled if supported by processor and if the kernel was compiled with PAE support; unfortunately, the feature is otherwise not available.»
