《Windows核心编程第五版》笔记

第13章 Windows内存体系结构

【NOTE】进程的虚拟地址空间

 　　32位进程的地址空间的大小是4GB

 

【NOTE】虚拟空间地址的分区 (x86 32位)

1.空指针赋值分区  0x00000000~0x0000FFFF (0~65,535     65536大小)

  *我们没有办法分配到这分区地址来使用

原文地址：http://www.cnblogs.com/anzhihun/archive/2009/08/08/1349032.html

1.为什么通过空指针读写的时候就会出现异常？
2.除了NULL表示空指针，是否还有其他的值也是空指针？
3.如果还有其他的值，你们这些表示空指针的值都是什么？为什么？

首先解答第一个问题，在windows核心编程第四版的windows的内存结构一章中，表13-1有提到NULL指针分配的分区。其范围是从0x00000000到0x0000FFFF。这段空间是空闲的，对于空闲的空间而言，没有相应的物理存储器与之相对应，所以对这段空间来说，任何读写操作都是会引起异常的。

有了上面的解答后，第二个问题就很容易解答了。NULL的定义出现以下几个地方：

stdio.h文件中

#ifndef NULL 
#ifdef  __cplusplus 
#define NULL    0 
#else 
#define NULL    ((void *)0) 
#endif 
#endif

ios.h文件中

#ifndef NULL 
#define NULL    0 
#endif

windef.h文件中

#ifndef NULL 
#ifdef __cplusplus 
#define NULL    0 
#else 
#define NULL    ((void *)0) 
#endif 
#endif

可见，NULL的值，基本上是用0来表示的，是不是只能用0呢？在windows xp sp2的系统平台下，如果执行下面代码也是会发生异常的：

int * pAddr = (int *)0x0000ffff;

*pAddr = 1;

而下面的代码是不会出问题的：

int * pAddr = (int *)0x00010000;

*pAddr = 1;

为什么呢？在windows xp sp2下发现0x00000000到0x0000FFFF是空闲区间，而0x00010000所处的是进程的私有区间。我想第二个问题应该已经解决了，我想，空指针是程序无论在何时都没有物理存储器与之对应的地址。为了保障“无论何时”这个条件，需要人为划分一个空指针的区域，固有上面NULL指针分区。

在第二个问题的基础上，要解答NULL指针的范围，那就相对来说容易了，对于在32位x86计算机上运行的windows xp sp2来说，就是从0x00000000到0x0000ffff。为什么分配如此大的空间？而在定义NULL的时候，只使用了 0x00000000这么一个值，这不是浪费吗？我想，这是操作系统地址空间的分配粒度相关的，windows xp sp2的分配粒度是64KB，为了达到对齐，空间地址需要从0x00010000开始分配，故空指针的区间范围有那么大。

上面的阐述如有问题，希望各位更正，谢谢。

 2.用户模式分区

x86   0x0010000~0x7FFEFFFF  65,535~2,147,418,111

* 进程不能通过指针访问驻留在这分区的其他进程的数据

3.64KB禁入分区

4.内核模式分区

x86 0x80000000~0xFFFFFFFF  2,147,483,648~4,294967,295

 

【NOTE】地址空间中的区域

* 预定（reserving）与调拨（committing）

* 预定地址空间区域时，区域的起始地址的分配粒度是64KB，大小的分配粒度正好是页面大小4KB

 

 【NOTE】物理存储器和页交换文件

* VirtualAlloc函数调拨的一般是页交换文件，不是内存的物理空间

* 当一个线程试图访问所属进程的地址空间的一块数据的时候：

　　情况1：要访问的数据就在内存中，此时CPU先把虚拟内存地址映射到内存的物理地址上，接下来就可以访问了

　　情况2：要访问的数据在页交换文件中，此时CPU将页面错误通知操作系统，操作系统随即在内存中寻找一个闲置的页面。如果找不到，就必须释放一个已分配页面，如果待释放的页面没有被使用过，就可以直接被释放。如果被使用过，操作系统就必须先把页面复制到交换文件中，再释放。

 

【NOTE】内存映射文件---不在页交换文件中维护的物理存储器（物理存储器可以在内存条或者页交换文件中）

* 当载入一个dll/.exe时，系统会计算应用程序的代码和数据大小，然后预定一块地址空间，并且注明关联的物理存储器就是dll/.exe本身，从而不用另外关联页交换文件，从而避免了在硬盘中的复制

 

【页面保护属性】

* 页面保护属性一览：

　　PAGE_NOACCESS

　　PAGE_READONLY

　　PAGE_READWRITE

　　PAGE_EXECUTE

　　PAGE_EXECUTE_READ

　　PAGE_EXECUTE_READWRITE

　　PAGE_WRITECOPY

　　PAGE_EXECUTE_WRITECOPY

 

* 对内存的操作有：读取，写入，执行代码, 页面属性保护就是针对上述操作进行保护

　

* 进程虚拟地址空间中每个区域可能是以下四种类型之一：

    1.闲置，表示还没有被预订。

    2.私有，表示虚拟地址以页交换文件作为后备存储器。

    3.映像,表示虚拟地址以映像文件（比如.EXE或者.DLL）为后备存储器。

    4.已映射，以内存映射文件为后备存储器。

 

【NOTE】写时复制

* PAGE_WRITECOPY 、PAGE_EXECUTE_WRITECOPY

*  Windows的一个机制,允许多个进程共享一个存储器，如果可以同时有10个记事本程序同时运行，这就要求所有的实例只能读取和执行里面的代码

* 预定地址空间和调拨物理存储器的时候不能使用PAGE_WRITECOPY 、PAGE_EXECUTE_WRITECOPY两个属性，这两个属性是系统映射dll/.exe映像文件的时候用的

 

【NOTE】数据对齐--数据的地址模除数据自的大小等于0

* 对齐步骤：

　　1.结构体的对齐规则是先按数据类型自身进行对齐

　　2.然后再按整个结构体进行对齐

　　例子：

struct Test1
{
    int i ;
    double d ;
    char c ;
};

  4(i) + 4（补齐）+ 8(d) + 1(c) =  17字节  ，然后整体以最大的类型double对齐，所以整体以8对齐，17 + 7（补齐） = 24字节。