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问题

为何微软不在新的操作系统中让 32 位支持大于 4GB 的内存？

回答
你问的这个问题，其实牵扯到计算机硬件、操作系统设计，以及历史发展等多个层面，并非仅仅是微软“愿不愿意”的问题。简单来说，之所以新系统不支持 32 位寻址大于 4GB 内存，是因为 32 位本身的物理限制，以及随之而来的操作系统和硬件设计的惯性与兼容性考量。

让我详细给你拆解一下：

1. 32 位地址空间的先天限制：

地址是什么？ 在计算机里，内存就像一个巨大的仓库，里面有无数个小格子（内存单元）。每个格子都有一个唯一的编号，这个编号就是“内存地址”。CPU 需要知道去哪个地址拿数据或写数据。
32 位能表示多少地址？ 32 位意味着你可以用 32 个二进制数字（0 和 1）来表示一个地址。用数学来算，就是 2 的 32 次方（2^32）。
2^32 的具体数值是？ 2^10 是 1024（大约一千，也就是 KB 的概念），2^20 是 1024 1024（大约一百万，也就是 MB 的概念），2^30 是 1024 1024 1024（大约十亿，也就是 GB 的概念）。那么，2^32 = 2^30 2^2 = 10 亿 4 = 40 亿左右。
寻址的单位？ 这里需要澄清一点，通常我们说内存是按照字节（byte）来寻址的。一个字节是 8 个二进制位。所以，32 位地址能够寻址的最大空间是 40 亿个字节，也就是 4GB。
核心原因： 这就是最根本的物理限制。就像你只有 32 位的“搬运工”（CPU 的地址总线），他一次最多只能记住 40 亿个不同的位置号码，超出这个范围他就记不住了，也就无法找到对应位置的内存。

2. PAE（Physical Address Extension）的出现与局限性：

怎么解决 4GB 的限制？ 早在 32 位时代，人们就意识到 4GB 不够用了。于是出现了一种叫做 PAE（物理地址扩展）的技术。
PAE 的原理是什么？ PAE 并不是改变 32 位 CPU 能够访问的“虚拟地址空间”，而是通过一种“间接寻址”的机制来突破物理内存的限制。简单来说，它相当于给 CPU 多加了几个“中间人”，让 CPU 的 32 位地址可以指向一个更大的“目录”，而目录里记录着实际的物理内存地址。这样，CPU 就能间接访问超过 4GB 的物理内存。
PAE 的支持情况： PAE 主要是在服务器操作系统（如 Windows Server）和一些高性能工作站上实现的。Windows XP 和 Windows Server 2003 就支持 PAE，但普通桌面版的 Windows XP 对 4GB 以上内存的支持并不太友好，而且应用程序本身仍然受到 32 位虚拟地址空间的限制（单个进程最多只能用 2GB 或 3GB 内存，具体取决于操作系统和配置）。
为什么 PAE 没有成为主流？
兼容性问题： 并非所有的 32 位应用程序和驱动程序都兼容 PAE。有些旧的程序可能会因为无法理解这种“间接寻址”而出现错误。
性能开销： 每一次内存访问都需要经过这个“中间人”查找目录，这会增加一点点延迟，虽然通常可以忽略不计，但在某些对速度要求极高的场景下可能会有影响。
开发复杂性： 开发者需要了解如何让应用程序正确地使用 PAE，这增加了开发的难度。
最终的解决方案： 随着硬件技术的发展，64 位架构的出现，提供了更简洁、更高效的解决方案。

3. 64 位时代的到来与淘汰 32 位：

64 位意味着什么？ 64 位意味着 CPU 的地址总线变成了 64 位。
64 位能访问多少内存？ 2 的 64 次方。这个数字非常庞大，远远超过了目前任何计算机可能安装的物理内存。理论上，可以寻址大约 18 EB（艾字节），这是个天文数字。
为什么 64 位是必然趋势？
解决内存瓶颈： 能够访问海量内存是其最直接的优势，解决了 32 位系统的根本性问题。
更强大的计算能力： 64 位 CPU 可以一次性处理更多的数据（例如，64 位整数运算），在某些计算密集型任务中性能更强。
支持更大的进程地址空间： 在 64 位操作系统下，单个应用程序的虚拟地址空间也大大增加（通常是 TB 级别），允许应用程序处理更庞大的数据集。
微软的策略转变： 随着 64 位硬件的普及，微软自然会将重心和资源投入到更先进的 64 位架构上。继续为 32 位系统开发支持超出 4GB 内存的功能，在技术和商业上都意义不大，反而会分散精力，增加维护成本，并且在兼容性上可能会遇到更多麻烦。

4. 兼容性与生态系统：

历史包袱： 微软操作系统需要考虑大量的历史兼容性。用户可能还在使用一些老旧的 32 位应用程序和驱动程序。
转向 64 位的好处： 当微软大力推广 64 位系统时，也同时鼓励软件开发者转向 64 位。新的应用程序可以充分利用 64 位带来的优势，而不是被限制在 32 位的框架里。
“淘汰” 32 位： 实际上，微软并没有完全“抛弃” 32 位，许多 64 位 Windows 版本依然可以运行 32 位应用程序（通过 WOW64 模拟层）。但对于操作系统的底层支持来说，重点自然是放在了能够发挥最新硬件优势的 64 位上。让 32 位支持大于 4GB 内存，不仅是技术上的复杂化，也意味着要维护一个与主流趋势相悖的旧技术栈。

总结一下：

微软不在新的操作系统中让 32 位支持大于 4GB 的内存，不是因为他们“不愿意”，而是因为：

1. 32 位地址空间的物理限制就是 4GB。
2. 虽然 PAE 技术可以绕过这个限制，但它带来了兼容性、性能和开发复杂性的问题，并非完美的解决方案。
3. 64 位架构提供了更简单、更彻底的解决方案，能够访问海量内存并带来其他性能优势，是未来的必然趋势。
4. 微软需要集中资源和精力发展和推广更先进的 64 位技术，避免维护一个与主流硬件和软件发展不协调的技术栈。

换句话说，与其费力地在过时的 32 位技术上做修补，不如直接拥抱并推动更先进的 64 位技术，这符合技术发展的规律，也更有利于整个计算生态的进步。

网友意见

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先给一个参考文献：

The RAM reported by the System Properties dialog box and the System Information tool is less than you expect in Windows Vista or in Windows XP Service Pack 2 or later version

先说结论：

1、PAE允许操作系统在32位模式下使用大于4G的物理内存。

2、不管是否使用PAE，对于单个进程而言，32位系统下可见的地址空间最大只有4G。

3、PAE的优势是可以让不同的进程（在不同的地址空间里）累计使用大于4G的内存，因此而达到使用超过4G内存的目的。

4、WindowsXP系列虽然支持PAE，但实际在使用中最大内存限制在了4G，是人为限制的，原因后面给分析（楼上给出的各种理由都不成立，这里是有技术原因的）。

5、Linux则在开启PAE的模式下能支持在32位系统中使用超过4G的内存。

然后给原因，其实就是我最初给的链接里的内容：

This issue occurs because of a design change in Windows XP SP2 that is also included in Windows Vista. The changes were made to PAE mode behavior to improve driver compatibility.

To reduce driver compatibility issues, Windows Vista and Windows XP Service Pack 2 or a later version include hardware abstraction layer (HAL) changes that mimic the 32-bit HAL DMA behavior. The modified HAL grants unlimited map registers when the computer is running in PAE mode. Additionally, the kernel memory manager ignores any physical address that is more than 4 GB. Any system RAM that is more than the 4 GB barrier would be made unaddressable by Windows and be unusable in the system. By limiting the address space to 4 GB, devices with 32-bit DMA bus master capability will not see a transaction with an address that is more than the 4 GB barrier. Because these changes remove the need to double-buffer the transactions, they avoid a class of bugs in some drivers that is related to the correct implementation of double buffering support.

英文比较长我大概解释一下（以下仅限x86-32/64bit平台，不考虑其它arch）：

首先要先科普一下DMA：DMA的意思可以大概理解为：让硬件（比如显卡、声卡、USB、磁盘控制器等）直接操作物理内存，等操作完成以后返回一个中断给操作系统，告诉操作系统说我干完了。

DMA的好处就是：假如我想要往磁盘上写数据，数据已经在内存里了，那么CPU只需要把内存地址告诉磁盘控制器，剩下就不用管了，磁盘控制器完成写操作以后会告诉CPU说写完了，这个期间不耽误CPU做其它的事情。

DMA跟4G内存有什么关系？当然有关系了，因为不是所有内存都是随便都能做DMA的。

如果写过64位操作系统的驱动的话，应该会了解到：有一些外设是无法访问超过4G的内存地址的，有些外设做DMA的时候，能访问的地址都是4G以下的地址（如果我没记错，USB-EHCI控制器好像就是这样的）。

因此在64位操作系统里，所有DMA操作都是先专门申请一块专门的DMA内存（4G以下），然后再进行操作。而32位系统里，则一般没有这个限制。

好了，问题就来了：

微软的XP是十几年前的操作系统，在当时的硬件环境里，所有内存都是可以做DMA的。所以在XP的内核API里，没有考虑过内存不能DMA的情况，所以，XP里的各种驱动、软件在写代码的时候，也都没有考虑过内存能不能DMA，只要拿来用就是了。

而十几年间，硬件发生了翻天覆地的变化，而XP由于其强大的兼容性，这方面的API一直都没改进。况且，想改进也不行，因为必须二进制兼容旧代码，并且由于这个兼容性的问题从XP一直延续到了Vista，所以包括Win7在内的各种版本，都必须保持这个兼容性。

二进制兼容这个巨大的包袱使得MS如果真使用了大于4G的内存，那么很有可能出现蓝屏之类的异常情况，因为微软也不知道用户的驱动代码是怎么写的，会不会直接使用内存进行DMA。

所以，微软强行把内存限制在4G以下是为了保持可恨的兼容性。

如果放弃了兼容性可不可以？当然可以了，但那就不是XP而是另一个版本的Windows了。

为什么Server版一直都支持超过4G的内存？因为Server版的驱动跟普通版的不兼容。

所以楼上的所有解释都是不对的，不是市场定位或者照顾用户情绪或者不想让用户这么做，而是因为兼容性无法保证DMA正确执行（微软也解释的很清楚了，但是国内用户似乎没人注意）。

有人提了Ready For 4G，这东西会导致某些程序异常，原因就是这些程序在运行中尝试直接使用物理地址（很多软件就是这么流氓），而代码中获得的物理地址都是32bit的，在某些情况下代码中获得的地址不是实际的物理地址，而导致程序崩溃，说实话，没蓝屏已经很不错了。

如果要让Windows支持超过4G内存，那么几乎所有驱动都要重写一遍，这里还包括操作系统中运行的大量第三方未签名的驱动，这么大的负担显然是谁也承担不了的，因此在32位系统上无法使用4G内存。所以，不是不想，是不能。

评论里有人提出，如果专门识别一下驱动，对于非认证的驱动强制限制在4G以下，认证过的驱动允许使用高于4G的地址，这样是否可以？

答案是可以的。问题是这么做代价很大，内核中各个API都要多一条甚至几条检查路径来判断驱动的情况，甚至还要小心驱动代码直接用non-paged内存搞DMA，这么做效率就是一个问题，而且微软是无法拿到所有驱动的源码的，比如显卡厂商一般就只发布binary的驱动，所以，微软无法知道这个驱动里究竟搞了什么小动作。所以不得不把这条路堵死。

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