readyfor4gb(readyfor4gb有用吗)
在笔者撰写这篇文章的时候,微软的Windows 10操作系统的内存支持极限已经跨越了3GB、3.5GB、3.75GB甚至4GB等多个节点。那么,这个极限还能扩展到什么程度?它与你的计算机性能有什么关系?继续阅读,我们将为您详解。
1、Windows内存扩展的历程
1995年,Windows 95内核采用的是16位的保护模式,内存管理单元(MMU)并不是当时的主流配置,因此支持的最大内存为16MB。到了1996年,Windows NT 4.0作为一个较为成熟的系统,已经支持了MMU以及32位系统。理论上,32位系统发现虚拟寻址能力达到了4GB,但是Windows NT 4.0虽然支持PAE等技术,但是版本内核本身的限制,仍然只支持4GB内存,而且更多的内存对NT 4.0的对称多处理(SMP)支持的增益很小。
2003年,Windows终于打破了4GB内存限制的限制。原因就是Windows Server 2003 Datacenter Edition需要能支持超过4GB内存的要求,它采用了PAE技术,以物理寻址为36位的方式扩大了内存空间,从而支持了更大规格的内存。当然,这个额外的内存并非直接暴露给每个进程使用。
而到了Windows Vista阶段,这种20年的限制得到了打破,Windows Vista SP1开始,开放了内核PAE开关,将最大物理寻址扩充到了64GB,以及详细考虑了与PAE管理交互。同时,通过扩展Virtual Address Space(VAS)位元,VT技术的扩展,以便进程能达到3GB的寻址空间。至此,Windows终于开启了4GB内存之上的历程。
2012年,Windows 8正式上市。它继承了Windows 7的特点,仍为每个进程分配由操作系统保护的高3GB和到3.75GB(不包括这个范围的分页文件负载)之间的只读寻址空间,让进程和操作系统共享低1GB地址范围。但是,它引入了新的ASLR技术,采用一些调整的动态数位化的方法,对32/64位进程实现了全面的优化。
2、系统为什么有这样的限制?
如果我们坚信只要软件的代码修改一下就可以支持16GB、32GB甚至更多内存,那么现实是非常的“骨感”。首先,我们要了解到,没有哪个操作系统或者应用程序能够真正支持无限数量的系统内存,这种支持是有物理条件限制的。系统能否支持大内存,取决于CPU、主板经及内存的技术水平和设计质量。
虽然现在32位的CPU正逐渐退出市场,但我们还是特别关注一下32位CPU为什么有这样的限制。在一台计算机上,CPU通过总线和内存进行通信,进而利用内存进行数据存取操作。涉及到的内存地址长32位处理器一开始并不具备地址宽度依据公式2^n,它只有31条地址线,能够访问达到2^31种惟一的内存地址。虽然这个数字已经非常大,但它仍不能足够满足当时候大家对于内存的需求。而随着32位CPU退出市场,64位CPU已然成为过去几年里的热门。
3、影响Windows内存扩展的因素
受到了CPU、主板经及内存的技术水平和设计质量的制约,Windows系统容纳RAM的限制都受到了以下因素的影响:
1)物理内存的大小限制,32位CPU最多只能访问4GB内存地址空间。“地址空间”通俗来说就是内存的总大小,随着机器的不同它会在3GB到4GB这个范围漂浮。事实上,4GB内存总大小,包括主板下访问显存、IO端口、BIOS固件或者多个core处理器时候的互操作等所有需要占用地址空间的东西。
2)软件设计的内存消耗,包括了程序、驱动、Windows本身等等,这些模块都会占用一部分系统内存空间。
3)BIOS固件支持,不同品牌的计算机,甚至是同一品牌不同型号的计算机之间,BIOS对内存的支持并不相同,一些机型可能不支持4GB以上内存的使用。
4、如何解决内存扩展的难题?
为了解决32位CPU只能访问4GB内存地址空间的问题,Windows现在默认支持内存映射输入输出(MMIO)技术。MMIO技术是指CPU1根据要求,动态地映射一些外部设备的内存空间到自己的地址空间内,从而使得CPU可以完成对这些设备的访问。
Microsoft开发的64位Windows操作系统,可以支持物理内存达到18EB,相信这个极限不会随着硬件的发展而改变。同时,系统在采用64位平台的同时,也在不断地完善自己的内核和内存管理技术,以便更好地支持高内存操作。
5、小结
Windows的内存扩展历程已经越来越成熟和完善,从4GB到18EB,无论我们的计算机内存还是CPU架构目前到底能支持多少内存,下一步Windows也会在服务人们工作和生活方面做出更多的实用化创新。
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