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C++ Programmer's Cookbook

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windows核心編程--內(nèi)存結(jié)構(gòu)

進程的虛擬地址空間

每個進程都被賦予它自己的虛擬地址空間。對于3 2位進程來說,這個地址空間是4 G B,因為3 2位指針可以擁有從0 x 0 0 0 0 0 0 0 0至0 x F F F F F F F F之間的任何一個值。這使得一個指針能夠擁有4 294 967 296個值中的一個值,它覆蓋了一個進程的4 G B虛擬空間的范圍。

由于每個進程可以接收它自己的私有的地址空間,因此當(dāng)進程中的一個線程正在運行時,該線程可以訪問只屬于它的進程的內(nèi)存。屬于所有其他進程的內(nèi)存則隱藏著,并且不能被正在運行的線程訪問。注意在Windows 2000中,屬于操作系統(tǒng)本身的內(nèi)存也是隱藏的,正在運行的線程無法訪問。這意味著線程常常不能訪問操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

每個進程的虛擬地址空間都要劃分成各個分區(qū)。地址空間的分區(qū)是根據(jù)操作系統(tǒng)的基本實現(xiàn)方法來進行的。不同的Wi n d o w s內(nèi)核,其分區(qū)也略有不同。表1 3 - 1顯示了每種平臺是如何對進程的地址空間進行分區(qū)的。

 

表13-1 進程的地址空間如何分區(qū)

分區(qū) 32位Windows 2000(x86和Alpha處理器) 32位Windows 2000(x86w/3GB用戶方式) 64位Windows 2000(Alpha和IA-64處理器) Windows 98
N U L L指針分配的分區(qū) 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 F F F F 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 F F F F 0x00000000 00000000 0x00000000 0000FFFF 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 0 F F F
DOS/16位Windows應(yīng)用程序兼容分區(qū) 0 x 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 x 0 0 3 F F F F F
用戶方式 0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x 7 F F E F F F F 0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x B F F E F F F F F 0x00000000 00010000 0x000003FF FFFEFFFF 0 x 0 0 4 0 0 0 0 0 0 x 7 F F F F F F F
64-KB 0 x 7 F F F 0 0 0 0 0 x B F F F 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F F 0 0 0 0
禁止進入 0 x 7 F F F F F F F 0 x B F F F F F F F 0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F F F F F F
共享內(nèi)存映射 0 x 8 0 0 0 0 0 0 0
文件(MMF)內(nèi)核方式 0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F 0 x C 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F 0x00000400 00000000 0xFFFFFFFFF FFFFFFF 0 x B F F F F F F F 0 x C 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F


NULL指針:就是程序中的NULL哦, 進程地址空間的這個分區(qū)的設(shè)置是為了幫助程序員掌握N U L L指針的分配情況。
MS-DOS/16位Windows應(yīng)用程序兼容分區(qū)—僅適用于Windows 98:進程地址空間的這個4 M B分區(qū)是Windows 98需要的,目的是維護M S - D O S應(yīng)用程序與1 6位應(yīng)用程序之間的兼容性。

用戶方式:
這個分區(qū)是進程的私有(非共享)地址空間所在的地方。一個進程不能讀取、寫入、或者以任何方式訪問駐留在該分區(qū)中的另一個進程的數(shù)據(jù)。對于所有應(yīng)用程序來說,該分區(qū)是維護進程的大部分?jǐn)?shù)據(jù)的地方。由于每個進程可以得到它自己的私有的、非共享分區(qū),以便存放它的數(shù)據(jù),因此,應(yīng)用程序不太可能被其他應(yīng)用程序所破壞,這使得整個系統(tǒng)更加健壯。系統(tǒng)還可以在這個分區(qū)中映射該進程可以訪問的所有內(nèi)存映射文件。當(dāng)我最初觀察3 2位進程的地址空間的時候,我驚奇地發(fā)現(xiàn)可以使用的地址空間還不到我的進程的全部地址空間的一半。難道內(nèi)核方式分區(qū)真的需要上面的一半地址空間嗎?實際上回答是肯定的。系統(tǒng)需要這個地址空間,供內(nèi)核代碼、設(shè)備驅(qū)動程序代碼、設(shè)備I / O高速緩存、非頁面內(nèi)存池的分配和進程頁面表等使用。實際上M i c r o s o f t將內(nèi)核壓縮到這個2 G B空間之中。
64KB禁止進入的分區(qū)—僅適用于Windows 2000
這個位于用戶方式分區(qū)上面的64 KB分區(qū)是禁止進入的,訪問該分區(qū)中的內(nèi)存的任何企圖均將導(dǎo)致訪問違規(guī)。M i c r o s o f t之所以保留該分區(qū),是因為這樣做將使得M i c r o s o f t能夠更加容易地實現(xiàn)操作系統(tǒng)。當(dāng)將內(nèi)存塊的地址和它的長度傳遞給Wi n d o w s函數(shù)時,該函數(shù)將在執(zhí)行它的操作之前使內(nèi)存塊生效。
共享的MMF分區(qū)—僅適用于Windows 98 這個1 G B分區(qū)是系統(tǒng)用來存放所有3 2位進程共享數(shù)據(jù)的地方。例如,系統(tǒng)的動態(tài)鏈接庫K e r n e l 3 2 . d l l、A d v A P I 3 2 . d l l、U s e r 3 2 . d l l和G D I 3 2 . d l l等,全部存放在這個地址空間分區(qū)中,因此,所有3 2位進程都能很容易同時訪問它們。
內(nèi)核方式分區(qū)—適用于Windows 2000和Windows 98 :
這個分區(qū)是存放操作系統(tǒng)代碼的地方。用于線程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)支持、網(wǎng)絡(luò)支持和所有設(shè)備驅(qū)動程序的代碼全部在這個分區(qū)加載。駐留在這個分區(qū)中的一切均可被所有進程共享。在Windows 2000中,這些組件是完全受到保護的。
地址空間中的區(qū)域

當(dāng)進程被創(chuàng)建并被賦予它的地址空間時,該可用地址空間的主體是空閑的,即未分配的。若要使用該地址空間的各個部分,必須通過調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)(第1 5章介紹)來分配它里邊的各個區(qū)域。對一個地址空間的區(qū)域進行分配的操作稱為保留( r e s e r v i n g )。

每當(dāng)你保留地址空間的一個區(qū)域時,系統(tǒng)要確保該區(qū)域從一個分配粒度的邊界開始。對于不同的C P U平臺來說,分配粒度是各不相同的。
提交地址空間區(qū)域中的物理存儲器

若要使用已保留的地址空間區(qū)域,必須分配物理存儲器,然后將該物理存儲器映射到已保留的地址空間區(qū)域。這個過程稱為提交物理存儲器。物理存儲器總是以頁面的形式來提交的。若要將物理存儲器提交給一個已保留的地址空間區(qū)域,也要調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)。
物理存儲器與頁文件

在較老的操作系統(tǒng)中,物理存儲器被視為計算機擁有的R A M的容量。換句話說,如果計算機擁有1 6 M B的R A M,那么加載和運行的應(yīng)用程序最多可以使用1 6 M B的R A M。今天的操作系統(tǒng)能夠使得磁盤空間看上去就像內(nèi)存一樣。磁盤上的文件通常稱為頁文件,它包含了可供所有進程使用的虛擬內(nèi)存。


當(dāng)然,若要使虛擬內(nèi)存能夠運行,需要得到C P U本身的大量幫助。當(dāng)一個線程試圖訪問一個字節(jié)的內(nèi)存時, C P U必須知道這個字節(jié)是在R A M中還是在磁盤上。

從應(yīng)用程序的角度來看,頁文件透明地增加了應(yīng)用程序能夠使用的R A M(即內(nèi)存)的數(shù)量。如果計算機擁有6 4 M B的R A M,同時在硬盤上有一個100 MB的頁文件,那么運行的應(yīng)用程序就認為計算機總共擁有1 6 4 M B的R A M。
當(dāng)然,實際上并不擁有1 6 4 M B的R A M。相反,操作系統(tǒng)與C P U相協(xié)調(diào),共同將R A M的各個部分保存到頁文件中,當(dāng)運行的應(yīng)用程序需要時,再將頁文件的各個部分重新加載到R A M。由于頁文件增加了應(yīng)用程序可以使用的R A M的容量,因此頁文件的使用是視情況而定的。如果沒有頁文件,那么系統(tǒng)就認為只有較少的R A M可供應(yīng)用程序使用。但是,我們鼓勵用戶使用頁文件,這樣他們就能夠運行更多的應(yīng)用程序,并且這些應(yīng)用程序能夠?qū)Ω蟮臄?shù)據(jù)集進行操作。最好將物理存儲器視為存儲在磁盤驅(qū)動器(通常是硬盤驅(qū)動器)上的頁文件中的數(shù)據(jù)。這樣,當(dāng)一個應(yīng)用程序通過調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù),將物理存儲器提交給地址空間的一個區(qū)域時,地址空間實際上是從硬盤上的一個文件中進行分配的。系統(tǒng)的頁文件的大小是確定有多少物理存儲器可供應(yīng)用程序使用時應(yīng)該考慮的最重要的因素, R A M的容量則影響非常小。
o_SpxImage.jpg
數(shù)據(jù)對齊的重要性

當(dāng)C P U訪問正確對齊的數(shù)據(jù)時,它的運行效率最高。當(dāng)數(shù)據(jù)大小的數(shù)據(jù)模數(shù)的內(nèi)存地址是0時,數(shù)據(jù)是對齊的。例如, W O R D值應(yīng)該總是從被2除盡的地址開始,而D W O R D值應(yīng)該總是從被4除盡的地址開始,如此等等。當(dāng)C P U試圖讀取的數(shù)據(jù)值沒有正確對齊時, C P U可以執(zhí)行兩種操作之一。即它可以產(chǎn)生一個異常條件,也可以執(zhí)行多次對齊的內(nèi)存訪問,以便讀取完整的未對齊數(shù)據(jù)值。

posted on 2006-09-20 17:42 夢在天涯 閱讀(2976) 評論(2)  編輯 收藏 引用 所屬分類: Windows API

評論

# re: windows核心編程--內(nèi)存結(jié)構(gòu) 2006-09-25 10:55 夢在天涯

對一個地址空間的區(qū)域進行分配的操作稱為保留( r e s e r v i n g )。

每當(dāng)你保留地址空間的一個區(qū)域時,系統(tǒng)要確保該區(qū)域從一個分配粒度的邊界開始。對于不同的C P U平臺來說,分配粒度是各不相同的。

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# re: windows核心編程--內(nèi)存結(jié)構(gòu) 2006-09-27 08:32 wwyy

可不可以不要把書上的內(nèi)容抄上來  回復(fù)  更多評論   

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