Прочитал статью в википедии на тему http://ru.wikipedia.org/wiki/AMD64. В списке ОС, работающих в long mode, приведен пример ОС со смешанным 32/64 бит окружением, но с 32 бит ядром. Как такое может быть??
Легко. Ядро работает в сегменте с сброшенным битом L (т. е. в compatibility mode). При этом paging и обработчики прерываний естественно 64-битные. Пример такой системы: Mac OS X.