37. Подсистема памяти Win32. Регионы (области) памяти. Группы функций api подсистемы памяти.

38. Распределение памяти на уровне менеджера виртуальной памяти (vmm api - Win32). In (35) 3. Архитектура памяти в Win32® api. 3.2. Управление виртуальной памятью. Vmm.

VMM(Virtual Memory Manager) - часть операционной системы, занимающаяся управлением виртуальной памятью.

В Win32 используется страничная организация памяти. Размер страниц для платформ Intel и MIPS составляет 4K. Размер страниц для DEC Alpha составляет 8K.

 

Схема страничного преобразования в процессорах Intel подробно изучалась в курсе “Программирование на языке ассемблера. Часть 3”. Win32 использует двухступенчатую схему страничного преобразования, поддерживаемую процессорами 386, 486,Pentium. Дополнительные схемы, которые поддерживает процессор Pentium Pro, не используются.

 

 

Каждому процессу назначается свой каталог страниц. Именно поэтому адресное пространство каждого процесса изолировано.

Организацией свопинга занимается VMM. При генерации системы на диске образуется специальный файл свопинга, куда записываются те страницы, которым не находится места в физической памяти. Процессы могут захватывать память в своем 32-битном адресном пространстве и, затем, использовать ее. При обращении потока к ячейке памяти могут возникнуть три различные ситуации:

• Страница существует и находится в памяти

• Страница существует и выгружена на диск

• Страница не существует

При этом VMM использует следующий алгоритм организации доступа к данным:

 

Выделение памяти процессу означает выделение ее в файле подкачки.

Запуск на исполнение EXE - модуля происходит следующим образом: EXE - файл проецируется на память. При этом он не переписывается в файл подкачки. Просто элементы каталога и таблиц страниц настраиваются так, чтобы они указывали наEXE - файл, лежащий на диске. Затем передается управление на точку входа программы. При этом происходит возникает исключение, обрабатывая которое стандартным образом, VMM загружает в память требуемую страницу и программа начинает исполняться. Такой механизм существенно ускоряет процедуру запуска программ, так как загрузка страниц EXE - модуля происходит по мере необходимости. Образно говоря, программа сперва начинает исполняться, а потом загружается в память. Если программа записана на дискете, то она перед началом исполнения переписывается в файл подкачки.

39. Отображение файлов в память (File mapping - Win32).

 Подсистема памяти в Win32 API (36 37 39)

4.1 Адресное пространство процесса.

В Win32 API используется плоская 32-разрядная модель памяти. Каждому процессу выделяется собственное “личное” (private) изолированное адресное пространство, размер которого составляет 4 Гбайт. Это пространство разбивается на регионы, немного отличные для Windows 95 и Windows NT. Общим для обеих систем является то, что нижние 2 Гбайт этого пространства отведены процессу для свободного использования, а верхние 2 Гбайт зарезервированы для использования операционной системой.

Регионы в адресном пространстве процесса Windows 95

Регионы в адресном пространстве процесса Windows NT

Windows NT лучше защищена от процессов пользователя, чем Windows 95. Это обуславливает большую устойчивость ОС к ошибкам в прикладной программе.

Пример. Программа пытается обнулить страницу за страницей в системной области (старший гигабайт адресного пространства). Операция может завершиться неудачей по двум причинам. Во-первых, реальной страницы по указанному адресу может не быть, а, во-вторых, если страница существует, то может быть запрещен в нее доступ. Программа пытается обнулить страницу (try) и в случае отказа (catch) выводит сообщение и переходит к следующей странице.

/* Win95Killer.cpp */

#include <windows.h>

#include <iostream.h>

void main()

{

DWORD SystemAreaAddress = 0xC0000000; //старший гигабайт

while(1)

{

try

{ // Попытка записи

ZeroMemory((LPVOID)SystemAreaAddress,0x1000);

}

catch(...)

{ // ошибка записи

cout << "Exception: " << hex << SystemAreaAddress << endl;

}

SystemAreaAddress += 0x1000; //Переход к следующей странице (4K)

}

}

Поскольку в Windows 95 отсутствует защита страниц системной области, то программа уничтожает эту область, что приводит к краху системы. Windows NT защищает системную область и, поэтому, “выдерживает натиск” программы.

Управление виртуальной памятью осуществляет т.н. Virtual Memory Manager (VMM), являющийся неотъемлемой частью операционной системы.

Организация памяти в Win32 страничная, размер страниц для платформ Intel и MIPS составляет 4 Kбайт, для DEC Alpha – 8 Kбайт. Win32 использует двухступенчатую схему страничного преобразования, поддерживаемую процессорами i386, 486 и Pentium, дополнительные схемы, поддерживаемые Pentium Pro, не используются.

Каждому процессу назначается свой каталог страниц. Именно поэтому адресное пространство каждого процесса изолировано.

Организацией свопинга занимается VMM. При генерации системы на диске образуется специальный файл свопинга, куда записываются те страницы, которым не находится места в физической памяти. Процессы могут захватывать память в своем 32-битном адресном пространстве и, затем, использовать ее. При обращении потока к ячейке памяти могут возникнуть три различные ситуации:

– страница существует и находится в памяти;

– страница существует и выгружена на диск;

– страница не существует.

Выделение памяти процессу означает выделение ее в файле подкачки.

Запуск на исполнение EXE-модуля происходит следующим образом. EXE-файл проецируется на память. При этом он не переписывается в файл подкачки. Просто элементы каталога и таблиц страниц настраиваются так, чтобы они указывали на EXE-файл, лежащий на диске. Затем передается управление на точку входа программы. При этом возникает исключение, обрабатывая которое стандартным образом, VMM загружает в память требуемую страницу и программа начинает исполняться. Такой механизм существенно ускоряет процедуру запуска программ, так как загрузка страниц EXE-модуля происходит по мере необходимости. Образно говоря, программа сначала начинает исполняться, а потом загружается в память. Если программа записана на дискете, то она перед началом исполнения переписывается в файл подкачки.

Диспетчер управления памятью (VMM) является составной частью ядра операционной системы. Приложения не могут получить к нему прямой доступ. Для управления памятью прикладным программам предоставляются различные интерфейсы (API).

1) Virtual Memory API – набор функций, позволяющих приложению работать с виртуальным адресным пространством: назначать физические страницы блоку адресов и освобождать их, устанавливать атрибуты защиты.

2) Memory Mapped File API – набор функций, позволяющий работать с файлами, отображаемыми в память. Новый механизм, предоставляемый Win32 API для работы с файлами и взаимодействия процессов. Подробно рассматривается в разделе 4.5.

3) Heap Memory API – набор функций, позволяющих работать с динамически распределяемыми областями памяти (кучами). Подробно рассматривается в разделе 4.6.

4) Local, Global Memory API – набор функций работы с памятью, совместимых с 16-битной Windows. Следует избегать их использования.

5) CRT Memory API – функции стандартной библиотеки периода исполнения (runtime).