win32day13-地址空间/地址映射/虚拟内存/堆内存/内存映射文件

Posted 2023-02-28 吴英强

地址空间

1 地址空间

一个程序最大的寻址范围。对于Win32操作系统

最大的寻址范围是2的32次方，0-0xFFFFFFFF。

这个寻址范围由CPU决定。CPU的寻址范围越大，

程序难度降低。

 

2 地址空间的划分

通常情况下：

2.1 用户空间

   地址范围 0 - 0x7FFFFFFF（2G），运行

   应用程序代码、数据等等。

   2.2.1 空指针区(NULL区)

 地址范围 0 - 0x0000FFFF

   2.2.2 用户区

 地址范围 0x00010000 - 0x7FFEFFFF

   2.2.3 64K禁入区

 地址范围 0x7FFEFFFF - 0x7FFFFFFF

2.2 内核空间

   地址范围 0x80000000 - 0xFFFFFFFF，被

   系统使用，运行驱动、内核的数据和代码。

地址映射

1 区域

区域指一段连续的地址空间，区域的粒度和

CPU的粒度、操作系统相关。目前通常都是以

64K粒度存在，地址的对齐方式是以64K为边界。

区域的状态：

  1）空闲 -空闲的，可以被使用

  2）私有 -已经被占有，但是还未使用

  3）映像 -程序的代码使用

  4）映射 -程序的数据使用

  

2 物理内存

实际可以使用的物理存储器。

 

3 虚拟内存

  使用硬盘空间作为内存扩展，也可以当作

  物理内存使用。

  

4 内存页

操作系统使用内存页的方式管理物理内存

和虚拟内存。通常情况下，内存页的大小

为4K或者8K。

每个内存页具有自己的状态，例如

  只读/可写/可执行

  

5 页目表

用于管理内存页的表。

页目  - 页表   -内存页

   - 内存页

  - 页表

  - 页表

  

指针 31 -----22 21-------12 11-----------0

页目       页表         偏移量

6 地址空间的访问

 

6.1 地址空间已经存在映射好的物理内存，

直接使用，返回。

6.2 系统去虚拟内存中，查找对应的内存页。

如果未找到，系统错误返回。

6.3 系统将虚拟内存的内存页切换到物理

内存当中。

6.4 返回实际物理内存地址，使用数据。

 

7 内存的使用

7.1 虚拟内存

   适合对于大内存分配使用。一般情况下

   如果分配的内存大于1M，应该使用虚拟

   内存分配方式。

7.2 堆内存

   适合对于小内存分配使用。一般情况下

   对于小于1M的内存分配使用。例如

   malloc/new。

7.3 堆栈内存

   系统维护的内存区。

// WinSys.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"

void ShowSys( )

	SYSTEM_INFO info =  0 ;
	GetSystemInfo( &info );
	printf( "内存页的大小: %d\\n", 
		info.dwPageSize );
	printf( "可用最小地址: %p\\n", 
		info.lpMinimumApplicationAddress );
	printf( "可用最大地址: %p\\n", 
		info.lpMaximumApplicationAddress );
	printf( "区域的分配粒度: %d\\n", 
		info.dwAllocationGranularity );


int main(int argc, char* argv[])

	ShowSys( );
	//错误的地址
	//printf( "%d", *((int *)0x0000FFFF) );
	return 0;

虚拟内存

1 虚拟内存

常用于大内存分配，分配的速度快，可以

根据需要指定分配方式。

2 虚拟内存的使用

2.1 分配内存

LPVOID VirtualAlloc(

LPVOID lpAddress,//NULL或者用于提交的内存地址

DWORD dwSize,//分配的大小，一般是页倍数

DWORD flAllocationType,//分配的方式

DWORD flProtect );//内存访问方式

分配的最大空间小于用户区间（通常是2G）。

2.2 提交内存

   VirtualAlloc使用MEM_COMMIT方式。例如：

pszBuf = (CHAR *)

VirtualAlloc(

  pszBuf, //需要提交内存地址

1024 * 1024 * 1024,

MEM_COMMIT,

PAGE_READWRITE );

2.3 使用内存

2.4 释放内存

BOOL VirtualFree(

   LPVOID lpAddress,//释放的内存

   DWORD dwSize, //释放的大小

   DWORD dwFreeType ); //释放的方式

   

3 内存信息

VOID GlobalMemoryStatus(

LPMEMORYSTATUS lpBuffer  //获取内存信息

); 

// WinVirtual.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"

void Status( )
	//获取内存信息
	MEMORYSTATUS status =  0 ;
	status.dwLength = sizeof( status );
	GlobalMemoryStatus( &status );
	printf( "TotalPhys: %u\\n",     status.dwTotalPhys );
	printf( "AvailPhys: %u\\n",     status.dwAvailPhys );
	printf( "TotalPageFile: %u\\n", status.dwTotalPageFile );
	printf( "AvailPageFile: %u\\n", status.dwAvailPageFile );
	printf( "TotalVirtual: %u\\n",  status.dwTotalVirtual );
	printf( "AvailVirtual: %u\\n",  status.dwAvailVirtual );
	printf( "MemoryLoad: %d\\n",    status.dwMemoryLoad );


void Virtual( )
	
	Status( );
	//地址分配
	CHAR * pszBuf = (CHAR *)
		VirtualAlloc( NULL, 
		1024 * 1024 * 1024,
		MEM_RESERVE,
		PAGE_READWRITE );
	printf( "MEM_RESERVE: %p\\n", pszBuf );
	
	Status( );

	getch( );
	//内存提交
	pszBuf = (CHAR *)
		VirtualAlloc( pszBuf,
		1024 * 1024 * 1024,
		MEM_COMMIT,
		PAGE_READWRITE );
	printf( "MEM_COMMIT: %p\\n", pszBuf );
	Status( );

	strcpy( pszBuf, "hello Virtual" );
	printf( "%s\\n", pszBuf );
	
	Status( );
	getch( );

	//释放内存
	VirtualFree( pszBuf, 
		1024 * 1024 * 1024, 
		MEM_RELEASE );


int main(int argc, char* argv[])

	Virtual( );
	return 0;

堆内存

1 堆内存的特点

一般分配小数据内存，一般小于1M数据使用堆内存分配。

一般程序执行后，会有一个默认堆，这个堆的大小一般为1M。一个程序可以多个堆。通

过堆内存管理器来管理堆中的内存。

内存分配速度比VirtualAlloc慢。

2 堆内存的使用

2.1 创建堆

  HANDLE HeapCreate(

  DWORD flOptions,//创建标示

  DWORD dwInitialSize,  //初始化大小

  DWORD dwMaximumSize ); //最大大小

2.2 分配内存

  LPVOID HeapAlloc(

  HANDLE hHeap,  //堆的句柄

  DWORD dwFlags, //分配标示

  DWORD dwBytes );  //分配大小

2.3 使用内存

2.4 释放内存

  BOOL HeapFree(

  HANDLE hHeap,  //堆的句柄

  DWORD dwFlags, //释放标示

  LPVOID lpMem );  //释放的地址

2.5 释放堆

  BOOL HeapDestroy(

  HANDLE hHeap );  //堆的句柄

 

3 malloc/HeapAlloc/VirtualAlloc

malloc内部调用HeapAlloc。

HeapAlloc内部调用的VirtualAlloc。

malloc分配内存：

 例如100字节

 | 内存头 | 100字节| 4字节尾部标示|

 所用使用malloc分配的内存,会使用这个

 内存头构成链表.

 

4 堆的信息

GetProcessHeap 当前进程默认堆的句柄

GetProcessHeaps 当前进程所有堆的句柄

 

四 堆栈内存

堆栈都是小数据的使用,系统维护,栈的大小

一般在1M左右.

例如,Windows下可以使用_alloca函数从栈上

分配内存.

// WinHeap.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
#include "windows.h"

void HeapInfo( )
	//默认堆的句柄
	HANDLE hHeap = GetProcessHeap();
	printf( "Default Heap: %p\\n", hHeap );
	//所有的堆的句柄
	HANDLE hHeaps[256] =  0 ;
	DWORD nCount = 
		GetProcessHeaps( 256, hHeaps );
	printf( "All Heap: %d\\n", nCount );
	for( DWORD nIndex=0; nIndex<nCount; nIndex++ )
	
		printf( "\\t%d: %p\\n", nIndex+1,
			hHeaps[nIndex] );
	


void Heap( )

	HeapInfo( );

	//创建堆
	HANDLE hHeap = HeapCreate( 
		HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS,
		1024 * 1024, 0 );
	printf( "HeapCreate: %p\\n", hHeap );

	HeapInfo( );

	//内存分配
	CHAR * pszBuf = ( CHAR * )
		HeapAlloc( hHeap, HEAP_ZERO_MEMORY, 100 );
	printf( "HeapAlloc: %p\\n", pszBuf );

	strcpy( pszBuf, "hello Heap" );
	printf( "%s\\n", pszBuf );

	//内存释放
	HeapFree( hHeap, 0, pszBuf );

	//释放堆
	HeapDestroy( hHeap );

	HeapInfo( );


int main(int argc, char* argv[])

	CHAR * pszBuf = (CHAR *)malloc( 1024 );

	Heap( );
	return 0;

内存映射文件

1 内存映射文件

可以将文件映射成内存,我们可以像使用内

存一样使用文件.

2 内存映射文件的使用

2.1 创建或打开一个文件

 CreateFile

2.2 创建内存映射文件

  HANDLE CreateFileMapping(

HANDLE hFile, //文件句柄

  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes,

 //安全属性

  DWORD flProtect, //保护模式

  DWORD dwMaximumSizeHigh,//大小的高32位

  DWORD dwMaximumSizeLow,    //大小的低32位

  LPCTSTR lpName ); //文件映射内核对象的名称

2.3 映射成内存地址

 LPVOID MapViewOfFile(

   HANDLE hFileMappingObject, //文件映射句柄

   DWORD dwDesiredAccess, //访问模式

   DWORD dwFileOffsetHigh, //地址偏移高32位

   DWORD dwFileOffsetLow,//地址偏移低32位

   DWORD dwNumberOfBytesToMap ); //要映射的字节数

 

2.4 使用内存

2.5 卸载映射

   BOOL UnmapViewOfFile(

  LPCVOID lpBaseAddress //卸载的地址

   );

2.6 关闭内存映射文件

   CloseHandle

2.7 文件关闭

   CloseHandle

// WinMap.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"

void Map( )
	
	//创建文件
	HANDLE hFile = CreateFile( "C:\\\\map.dat",
		GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
		0, NULL, CREATE_ALWAYS,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL );
	//创建文件映射
	HANDLE hMap = CreateFileMapping( hFile, NULL,
		PAGE_READWRITE, 0, 1024 * 1024, NULL );
	//映射地址
	CHAR * pszText = (CHAR *)MapViewOfFile( 
		hMap, FILE_MAP_ALL_ACCESS,
		0, 0, 1024 * 1024 );
	//使用内存
	strcpy( pszText, "Hello File Mapping" );
	printf( "%s\\n", pszText );
	//卸载地址
	UnmapViewOfFile( pszText );
	//关闭文件映射
	CloseHandle( hMap );
	//关闭文件
	CloseHandle( hFile );


int main(int argc, char* argv[])

	Map( );
	return 0;