《Windows核心编程》读书心得——内存（内存体系结构）（5）

 

虚拟内存：

每个进程有自己的虚拟内存，进程内的线程只能访问该进程的虚拟内存，而无法访问其他进程的虚拟内存，也无法访问系统的内存。进程地址空间的划分如下：

 

 

                                                                     （图5 - 1）

l  空指针：

0x00000000到0x0000FFFF的区间，线程访问该区间的地址，将会引发访问违规。注意，一个没有赋初值的指针不是空指针（在Debug下，默认值为0xCCCCCCCC，是属于内核区间的地址，也会引发访问违规；在Release下，则是一个随机的地址）。

 

l  用户模式区间：

在X86（32位）下，用户进程可用的地址空间大小为2G，系统可用的地址空间也为2G。在x64（64位）下，用户进程可用的地址空间大小为8T，剩余的地址空间为系统可用的地址空间。

X86下的3G用户内存模式：X86下，可设置用户内存空间为3G，系统内存空间为1G（即大内存模式，与此相关的设置参见BCD 和 /LARGEADDRESSAWARE开关的资料）。但使用大内存模式，限制了内核可用的地址空间，从而限制系统所能创建的线程、栈以及其它资源的数量，因此一般情况下不提倡使用。

X64用户内存模式：用户进程可用的地址空间大小为8T，但需要打开/LARGEADDRESSAWARE链接器开关，否则，程序仍然默认使用2G的用户内存空间。

 

内存的分配原则：

系统分配内存时，首地址必须是分配粒度（64K）的整数倍；同时内存大小必须是页面大小（X86和X64为4K）的整数倍，因为页面时内存分配时的最小单位。

l  内存块：块是一些连续的页面，这些页面具有相同的保护属性，并以相同类型的物理存储器作为后备存储器。一个内存区域一般包括多个内存块。

 

l  页面的保护属性：每个内存页面可以指定不同的保护属性。保护属性大致分为两大类，即以“PAGE_*”命名的属性和以“PAGE_EXECUTE_*”命名的保护属性。

定义如下：

PAGE_NOACCESS：不能访问页面，不能执行代码；

PAGE_READONLY：只能读取页面数据，不能写入数据；不能执行代码；

PAGE_READWRITE：可读写数据，不能执行代码；

PAGE_WRITECOPY：写入数据时创建一份该页面的私有备份；不能执行代码；

 

PAGE_EXECUTE：不能访问页面；

PAGE_EXECUTE_READ：只能读取页面数据，不能写入数据；

PAGE_EXECUTE_READWRITE：可读写数据；

PAGE_EXECUTE_WRITECOPY：写入数据时创建一份该页面的私有备份；

（只有使用以“PAGE_EXECUTE_*”命名的保护属性时，才能执行代码。否则，最多只能操作数据，这样能够有效的防止恶意软件执行恶意代码。）

 

物理存储器的构成：

虚拟内存实际上是由内存和硬盘共同构成的。磁盘上的文件称为页交换文件（磁盘上的虚拟内存），页交换文件可增大应用程序可用的内存总量。系统将虚拟地址转换为物理存储器地址的流程如下：

可以看得出来，假如数据在页交换页面上，系统需要在内存和硬盘之间进行数据搬移，而数据搬移的频率越高，硬盘颠簸得越厉害，系统运行越慢。（有时候加大内存比提升CPU速度，更能有效的提升系统运行速度，就是这个道理，因为可以减少内存和硬盘之间的数据来回搬移）

 

                                                           （图5 - 2）

内存对齐：

只有对齐了的内存，其访问效率才是最高的，因为如果内存没有对齐，CPU访问它的时候需要修复错位，这个操作将增加时间。

 

获取内存信息的函数：

GetSystemInfo（）：获得与主机CPU相关的值（分配粒度、页面大小等）；

GlobaMemoryStatus（）：获得当前内存状态的动态信息；

VirtualQuery（）：获取虚拟内存的详细信息（基地址、保护属性等）。

 

分配和释放内存的函数：

l  分配内存：

VirtualAlloc（

PVOID pvAddress,

SIZE_T dwSize,

DWORD fdwAllocationType,

DWORD fdwProtect）;

pvAddress：内存地址（若传NULL，则系统自己选定一个地址）；

dwSize：需要分配的大小；

fdwAllocationType：分配标志（MEM_RESERVE：预订；  MEM_COMMIT：调拨； MEM_RESET：重置。）

fdwProtect：内存的保护属性。（同一物理存储页面，只能有一个保护属性）

 

说明：在分配虚拟内存时，都需要先预订，再调拨。

（1）预订：告知系统，这块内存已经被占用，不能再分配它。只是给内存打上“已占用”的标记。

（2）调拨：真正的给内存分配物理存储器。如果只是预订，是不会分配物理存储器的。只有调拨了的内存，才能用来访问数据。

（3）重置：告知系统，这块内存是闲置的，系统可以重新对该内存进行分配。

        在下次调用VirtualAlloc（）时，如果引用到的页面在页交换文件中，系统会直接抛弃这些页面，分配新的页面；如果页面在内存中，那么系统会将其标记为没有修改过，而这块内存可以直接拿来用，但是该内存是没有清零的（这样做的好处是：由于虚拟内存已经关联了物理存储器，就不需要再重新分配，大大提升了效率）。

        对于用户来说，一旦重置了一块内存，在对其重新分配之前，都应将其看做“已释放”的内存，不应当再使用它。

        内存重置的应用很广，我们在程序中释放一块内存的时候，系统通常都是使用“重置”操作，而不是实质性的去释放物理存储器。这就是为什么我们有时候会发现，一块释放了的内存，其中的数据并没有被清零。

 

l  释放内存：

VirtualFree（

LPVOID pvAddress，

SIZE_T dwSize，

DWORD fdwFreeType）;

pvAddress：内存地址（若地址在一个页面的中间，将释放整个页面）；

dwSize：释放的内存大小（传0，系统自动释放应释放的内存）；

fdwFreeType：释放标志（MEM_DECOMMIT：对该地址指向的第一个页面的内存撤销调拨；MEM_RELEASE：释放该区域所有的内存）。

 

l  更改内存的保护属性：

VirtualProtect（）。