打现在起数月内，笔者将会撰写一个系列专题，而这是开山第一篇，
挑战Windows极限：物理内存
。该系列叫做《挑战Windows极限》，描述Windows和应用程序对具体资源的使用方法、资源使用在许可和实现方面的限制、资源使用的测量方法，以及资源泄露的诊断方法等。为了能够有效地管理Windows系统，我们需要知道Windows系统是怎样管理物理资源的，例如CPU和内存等，还要知道Windows系统怎样管理逻辑资源的，例如虚拟内存、句柄，还有窗口管理器对象等。了解这些资源的限制，并对其使用情况进行追踪，有助于我们精确地掌握应用程序的资源使用状况，帮助我们给某个关键应用分配足够多的系统资源，还有助于我们找出导致资源泄露的应用程序。物理内存
物理内存是计算机上的最重要的资源之一。Windows的内存管理器负责给活动进程、设备驱动，和操作系统自己分配内存。因为绝大多数系统所能访问的数据和代码远比物理内存多，所以从本质上来说，物理内存是代码和数据在其中运行的窗口。所以内存容量对性能有影响，因为如果进程或者操作系统所需的代码或者数据不存在，内存管理器就需要从磁盘中读取这些内容。
除了会对性能造成影响，物理内存的容量还会影响其他资源。例如，对于非分页池来说，这是由物理内存提供后备的操作系统缓冲，很明显，其容量会受到物理内存的限制。物理内存也会对系统的虚拟内存限制有影响，虚拟内存的大小等于物理内存容量、再加上所有页面文件的最大容量。物理内存还会对进程的最大数量具有间接的影响，笔者将会在今后的文章里专门提到线程和进程的限制。
Windows Server内存限制
Windows对于物理内存的支持，要受到诸如硬件限制、许可、操作系统数据结构，以及驱动程序的兼容性等方面的综合影响。MSDN网站的Memory Limits for Windows Releases文章对不同Windows版本、以及同一个版本的不同SKU的限制进行介绍。
我们可以查看所有Windows版本的不同SKU的物理内存支持许可。例如，32位Windows Server 2008标准版仅支持4GB，而32位Windows Server 2008数据中心版支持64GB。类似的，64位Windows Server 2008标准版支持32GB，而64位32位Windows Server 2008数据中心版支持2TB。目前来说，并没有多少系统拥有2TB内存，不过Windows Server性能产品组知道有两台服务器拥有那么多的内存，其中一台位于某地的实验室。该服务器的任务管理器如下图所示：
32位的最大限制是128GB，Windows Server 2003数据中心版可以支持，这是因为在大内存的系统上，内存管理器用来追踪物理内存的结构，需要消耗更多系统虚拟地址空间。内存管理器把每个内存页的追踪数据保存在叫做PFN数据库的数组中，而且考虑到性能因素，会把整个PFN数据库映射到虚拟内存中。因为它用28字节的数据结构来代表每个内存页，128GB系统的PFN数据库需要将近930MB的空间。32位Windows拥有4GB的虚拟地址空间，由硬件所定义，默认划分为两半，其中一半供用户模式进程（例如Notepad）所使用，另一半供系统所使用，
电脑资料
《挑战Windows极限：物理内存》(http://meiwen.anslib.com)。因此980MB的容量就要占据将近一半的系统虚拟地址空间（共2GB），只剩下约1GB空间可以用来映射内核、驱动程序、系统缓存和其他系统数据结构：这也就是为什么当同一个SKU版本以4GB的调整选项引导时（也叫做4GT，在Boot.ini文件里配置/3GB或者/USERVA选项，或者配置Bcdedit命令的/Set IncreaseUserVa启动选项），其内存限制会更大，这是因为4GT选项会给用户模式进程分配3GB空间，而仅给系统保留1GB空间。
内存管理器可以仅把PFN数据库的一部分映射到系统地址空间，这样就可以提供更多的内存空间，这会增加复杂性，同时由于增加了映射和取消映射的操作，而可能导致性能的下降。由于直到现在，计算机所配备的内存容量才变得足够大，才需要考虑采用这种办法，但是因为在64位Windows中，并不需要强制把整个PFN数据库映射到系统地址空间，所以这种可以提供更多内存的办法仅供64位Windows使用。
64位Windows Server 2008数据中心版最多支持2TB内存，这不是由于硬件限制所造成的，而是因为微软对2TB进行了严格测试，而只支持2TB内存。在Windows Server 2008发布的时候，计算机所配备的最大内存基本上就是2TB，所以Windows将其作为物理内存的最大值。
Windows客户端内存限制
64位Windows客户端，不同SKU的内存支持也有所不同，Windows XP Starter版的内存支持最低，仅512MB，而Windows Vista旗舰版的内存支持最高，可达128GB。但是所有版本的32位Windows客户端SKU，包括Windows Vista、Windows XP和Windows 2000 Professional，最大支持4GB物理内存。标准的X86内存管理模式，最大可以支持4GB的物理地址访问。在早期，并不需要考虑在客户端提供超过4GB的支持，因为当时很少有计算机配备那么高的内存，哪怕是服务器。
但是在Windows XP SP2开发的过程中，已经可以预见客户端计算机将会配备超过4GB的内存，所以Windows产品组对超过4GB的Windows XP计算机进行大量的测试。Windows XP SP2还支持物理地址扩展（PAE）功能，该功能本来是为了在硬件上实现非执行（NX）保护，因为这是数据执行保护（DEP）的必要条件，但是该功能还可以支持超过4GB的内存。
Windows产品组的工程师发现，很多测试计算机会发生崩溃、挂起，或者无法启动的故障现象，这是因为某些设备驱动程序，主要是一些客户端计算机（而非服务器）上的显卡或者声卡，其驱动程序在编写时没有考虑到内存大于4GB的情况。所以，这些驱动程序会截去那部分地址，从而导致内存冲突以及其他副作用。而服务器则通常会配备更加常规的硬件设备，其驱动程序更加简单稳定，因为通常来说碰到这些问题的几率很小。由于客户端设备驱动程序所存在的这些问题，迫使Windows客户端SKU只能忽略高于4GB的那部分物理内存，哪怕从理论上来说可以对其进行寻址。
32位客户端计算机的实际内存限制
尽管从许可上来说，32位客户端SKU的最大内存支持是4GB，但是实际上的限制会更低，这要看计算机的芯片组以及所连接的设备。这是因为物理地址映射不仅仅包含物理内存，还包含设备内存，X86和X64位系统会把所有设备内存映射到低于4GB的地址边界，以便确保和32位操作系统的兼容性，这些操作系统不知道如何处理超过4GB的地址部分。如果计算机配备4GB内存和类似显卡、声卡和网卡这样的设备，Windows会给这些设备内存分配共计500MB空间，而4GB物理内存中的500MB只能占用超过4GB的地址边界，如下图所示。