Архитектура памяти MS Windows 2000-2003. Организация «статической» виртуальной памяти. Блоки адресов. Состояния блоков адресов. Функции Win32 API.

 

Работа приложений с виртуальной памятью:

Резервирование и выделение памяти производится блоками адресов.

Начальный адрес блока должен быть выровнен на границу 64K (округляется вниз), а размер кратен размеру страницы (округляется вверх). При выделении память обнуляется.

Блок адресов в адресном пространстве процесса может находиться в одном из трех состояний:

1. Выделен (committed) – блоку адресов назначена физическая память либо часть файла подкачки.

2. Зарезервирован (reserved) – блок адресов помечен как занятый, но физическая память не распределена.

3. Свободен (free) – блок адресов не выделен и не зарезервирован.

 

Функции API для работы виртуальной памятью:

Для резервирования региона памяти в адресном пространстве процесса или выделения ее используется функция VirtualAlloc, а для освобождения – функция VirtualFree. Для работы в адресном пространстве произвольного процесса необходимо использовать функции VirtualAllocEx и VirtualFreeEx.

Выделенные страницы можно заблокировать в памяти, т.е. запретить их вытеснение в файл подкачки. Для этих целей служит пара функций VirtualLock и VirtualUnlock. Процессу не разрешается блокировать более 30 страниц.

Для изменения атрибутов защиты регионов используются функции VirtualProtect и VirtualProtectEx. Причем, первая позволяет изменять атрибуты защиты в адресном пространстве текущего процесса, а вторая – произвольного.

 

LPVOID VirtualAlloc (

LPVOID lpAddress, // адрес, по которому надо зарезервировать

// или выделить память

DWORD dwSize, // размер выделяемого региона

DWORD flAllocationType, // тип распределения памяти

DWORD flProtect // тип защиты доступа

);

 

LPVOID VirtualAllocEx (

HANDLE hProcess, // дескриптор процесса

LPVOID lpAddress, // адрес, по которому надо зарезервировать

// или выделить память

DWORD dwSize, // размер выделяемого региона

DWORD flAllocationType, // тип распределения памяти

DWORD flProtect // тип защиты доступа

);

 

Функции API для работы с ВП: VirtualAlloc

Параметр flAllocationType может принимать следующие значения:

1. MEM_RESERVE - резервирует блок адресов без выделения памяти;

2. MEM_COMMIT - отображает ранее зарезервированный блок адресов на физическую память или файл подкачки, выделяя при этом память. Может комбинироваться с флагом MEM_RESERVE для одновременного резервирования и выделения;

3. MEM_TOP_DOWN - выделяет память по наибольшему возможному адресу. Имеет смысл только при lpAddress = NULL. В Windows 95 игнорируется.

4. MEM_DECOMMIT - освободить выделенную память;

5. MEM_RELEASE - освободить зарезервированный регион. При использовании этого флага параметр dwSize должен быть равен нулю.

 

Параметр flProtect - тип защиты доступа выделяемого региона:

1. PAGE_READONLY - допускается только чтение;

2. PAGE_READWRITE - допускается чтение и запись;

3. PAGE_EXECUTE - допускается только выполнение;

4. PAGE_EXECUTE_READ - допускается исполнение и чтение;

5. PAGE_EXECUTE_READWRITE - допускается выполнение, чтение и запись;

6. PAGE_GUARD - дополнительный флаг защиты, который комбинируется с другими флагами. При первом обращении к странице этот флаг сбрасывается и возникает исключение STATUS_GUARD_PAGE. Этот флаг используется для контроля размеров стека с возможностью его динамического расширения;

7. PAGE_NOCACHE - запрещает кэширование страниц. Может быть полезен при разработке драйверов устройств (например, данные в видеобуфер должны переписываться сразу, без кэширования).

BOOL VirtualFree (

LPVOID lpAddress, // адрес региона, который надо освободить

DWORD dwSize, // размер освобождаемого региона

DWORD dwFreeType // тип освобождения

);

 

dwSize – размер, если мы будем использовать тип освобождения, как MEM_RELEASE, то размер должен быть установлен в 0.

 

dwFreeType – будет определять какая операция произойдет с памятью:

1. MEM_RELEASE – освобождена;

2. MEM_DECOMMIT – зарезервирована, но не используется.

 

При успешном выполнении функция вернет TRUE в случае успеха и FALSE - в случае неудачи.

BOOL VirtualFreeEx (

HANDLE hProcess, // дескриптор процесса

LPVOID lpAddress, // адрес региона, который надо освободить

DWORD dwSize, // размер освобождаемого региона

DWORD dwFreeType // тип освобождения

);

 

Для изменения атрибутов защиты регионов используются функции VirtualProtect и VirtualProtectEx.

VirtualProtect позволяет изменять атрибуты защиты в адресном пространстве текущего процесса.

VirtualProtectEx позволяет изменять атрибуты защиты в адресном пространстве произвольного процесса.

 

BOOL VirtualProtect (

LPVOID lpAddress, // адрес региона для установки флага

DWORD dwSize, // размер региона

DWORD flNewProtect, // флаг

PDWORD lpflOldProtect // адрес для сохранения старых флагов

);

 

Функция VirtualLock() позволят предотвратить запись памяти на диск.

BOOL VirtualLock (

LPVOID lpAddress, // адрес начала памяти

SIZE_T dwSize // количество байтов

);

 

Если фиксация больше не нужна, то ее можно убрать функцией VirtualUnlock().

BOOL VirtualUnlock (

LPVOID lpAddress, // адрес начала памяти

SIZE_T dwSize // количество байтов

);

 

При успешном выполнении обе функции возвращают ненулевое значение.

Функции VirtualQuery и VirtualQueryEx позволяют определить статус указанного региона адресов.

Процессу не разрешается блокировать более 30 страниц.

Для настройки рабочего множества процесса может использоваться и функция SetProcessWorkingSetSize, которая может снять это ограничение.

SetProcessWorkingSetSize позволяет задать для процесса минимальный и максимальный размер рабочего множества процесса.

 

BOOL SetProcessWorkingSetSize (

HANDLE hProcess, // дескриптор процесса

DWORD dwMinimumWorkingSetSize, // мин. размер рабочего мн-ва процесса, в байтах

DWORD dwMaximumWorkingSetSize // макс. размер рабочего мн-ва процесса, в байтах

);

 

Если и dwMinimumWorkingSetSize и dwMaximumWorkingSetSize имеют значение – (минус) 1, функция временно урезает рабочее множество процесса до нуля. Это, по существу, выносит процесс за пределы физической оперативной памяти.

Аналогичный результат достигается с помощью функции EmptyWorkingSet.

Дескриптор процесса должен иметь права доступа PROCESS_SET_QUOTA.

Если значения dwMinimumWorkingSetSize или dwMaximumWorkingSetSize больше, чем текущий размер рабочего множества памяти процесса, данный процесс должен иметь привилегию SE_INC_BASE_PRIORITY_NAME.

 

Получение справочной информации по ВП процесса:

GetProcessWorkingSetSize – получение текущих значений минимального и максимального размера рабочего множества процесса.

GetProcessMemoryInfo – получение расширенной статистики по использованию ВП процесса, например:

1. количество страничных прерываний;

2. текущий и пиковый размер рабочего множества процесса;

3. текущее и пиковое использование файла подкачки.