Разделы адресного пространства

Ниже на рис. 12.8 показано как разбивается память на разделы (partitions) в адресном пространстве процесса под управлением Windows NT. Разделы будем рассматривать, двигаясь сверху вниз, от старших адресов к младшим. Верхнюю половину памяти (от 2 Гбайт до 4 Гбайт) система использует для своих нужд. Сюда она грузит свое ядро (kernel) и драйверы устройств. При попытке обратиться к адресу памяти из этого диапазона возникает исключительная ситуация нарушения доступа и система закрывает приложение. Заметьте, что половину памяти у нас отняли только из-за того, что иначе не удалось добиться совместимости с процессором MIPS R4000, которому нужна память именно из этого раздела.

Следующий небольшой раздел (64 К) также резервируется системой, но никак ей не используется. При попытке обращения к этой памяти возникает нарушение доступа, но приложение не закрывается. Система просто выдает сообщение об ошибке. Большинство из вас знают,

что потеря контроля над указателем в программе на языке С или C++ может привести к ошибкам такого рода. Следующие (почти) 2 Гбайт отданы в собственность процесса. Сюда загружаются исходный код приложения (ехе-модуль), динамические библиотеки (dll), здесь также располагаются стеки потоков и области heap, в которых они черпают динамически выделяемую память. Последний маленький (64 К) раздел, так же как и третий раздел, не используется системой и служит в качестве ловушки «непослушных» (wild) указателей.

Рис. 12.8. Разделы адресного пространства процесса

Примечание

В системах Windows NT Server Enterprise Edition и Windows 2000 Advanced Server процессу доступны нижние 3 Гбайт и только 1 Гбайт резервируется системой.

Любому Wm,32-nponeccy могут понадобиться объекты ядра Windows, а также ее подсистемы User или GDI. Они расположены в динамически подключаемых библиотеках: Kernel32.dll, User32.dll, Gdi32.dll и Advapi32.dll Эти библиотеки при необходимости подгружаются в верхнюю часть блока, доступного процессу.

Общий объем памяти, который система может предоставить всем одновременно выполняемым процессам, равен сумме физической памяти RAM и свободного пространства па диске, которым может пользоваться специальный страничный файл (paging file). Страницей называется блок памяти (4 Кбайт для платформ х86, MIPS, PowerPC и 8 Кбайт для DEC Alpha), который является дискретным квантом (единицей измерения) при обмене с диском. Виртуальный адрес в пространстве процесса проецируется системой в эту динамическую страничную память с помощью специальной внутренне поддерживаемой структуры данных (page map). Когда система перемещает страницу в страничный файл, она корректирует page тар того процесса, который ее используют. Если системе нужна физическая память RAM, то она перемещает на диск те страницы, которые дольше всего не использовались. Манипуляции с физической памятью никак не затрагивают приложения, которые работают с виртуальными адресами. Они просто не замечают динамики жизни физической памяти.

Функции API для работы с памятью (virtualAlloc и virtualFree) позволяют процессу получить страницы памяти или возвратить их системе. Процесс отведения памяти имеет несколько ступеней, когда блоки памяти постепенно проходят через определенные состояния. Страницы памяти в виртуальном адресном пространстве процесса могут пребывать в одном из трех возможных состояний.

Таблица 12.2. Состояния страниц памяти в виртуальном адресном пространстве процесса

 

Память, которую процесс отводит, вызывая функцию virtualAlloc, доступна только этому процессу. Если какая-то DLL в пространстве процесса отводит себе новую память, то она размещается в пространстве процесса, вызвавшего DLL, и недоступна для других процессов, одновременно пользующихся услугами той же DLL. Иногда необходимо создать блок памяти, который был бы общим для нескольких процессов или DLL, используемых несколькими процессами. Для этой цели существует такой объект ядра системы, как файлы, проецируемые в память (file mapping).

Два процесса создают два упомянутых объекта с одним и тем же именем, получают описатель (handle) объекта и работают с ним так, как будто этот объект находится в памяти. На самом деле они работают с одними и теми же страницами физической памяти. Заметьте, что эта память не является глобальной, так как она остается недоступной для других процессов. Кроме того, ей могут соответствовать различные виртуальные адреса в пространствах разных процессов, ее разделяющих. Если процессы намерены записывать в общую память, то во избежание накладок вы должны использовать синхронизирующие объекты ядра Windows (семафоры, мыотексы, события).

Алгоритм работы с динамической памятью процесса довольно сильно отличается от привычного алгоритма работы с динамической памятью области heap в программах на языке C++. Там вы с помощью операции new отводите память определенного размера, работаете с ней и затем освобождаете ее операцией delete. Здесь необходимы более сложные манипуляции:

• резервирование диапазона адресов в виртуальном пространстве процесса. Физическая память при этом не выделяется;
  
• отдача (commiting) процессу какого-то количества страниц из предварительно зарезервированного диапазона адресов. При этом процессу становится доступной физическая память, соответствующая виртуальной. Здесь одновременно указывается тип доступа к выделенным страницам (read-write, read-only, или no access). Сравните с обычным способом, который всегда выделяет страницы С доступом read-write;
  
• освобождение диапазона зарезервированных страниц;
  
• освобождение диапазона отданных страниц. Здесь освобождается физическая память.
  

Кроме того, возможна операция блокирования страниц памяти в RAM, которая запрещает системе перемещать их в страничный файл подкачки (paging file). Есть функция, позволяющая определить текущее состояние диапазона страниц и изменить тип доступа к ним.

Содержание раздела