ОС / 6. ОС - Управление памятью

21

Виды памяти процесса

Память, выделяемая системой для программы и данных процесса при его создании (при запуске EXE-файла).

Регионы виртуальной памяти, выделяемые по запросам нитей процесса. Используется для получения больших массивов памяти.

Память, получаемая нитями из «кучи» процесса (heap). Используется для получения большого числа небольших областей памяти.

Стек, выделяемый системой каждой нити процесса. Используется для хранения адресов возврата, параметров и локальных переменных при вызове функций.

Операционные системы. Управление памятью

22

Выделение регионов памяти

Функция VirtualAlloc позволяет получить регион виртуальной памяти.

Параметры:

виртуальный адрес начала региона. Если NULL – система сама выбирает место в виртуальной памяти;

размер региона (система округляет его до целого числа страниц по 4 КБ);

тип выделения:

MEM_RESERVE – память отмечается как занятая. При попытке обратиться к резервированной памяти (как и к нерезервированной) произойдет фатальная ошибка;

MEM_COMMIT – для региона или его части выделяется место в страничном файле. Физическая память будет выделяться только при обращении к адресам, как было описано выше;

можно комбинировать оба флага: MEM_RESERVE + MEM_COMMIT;

MEM_RESET – регион или его часть не должны сохраняться в страничном файле, даже если есть изменения.

Операционные системы. Управление памятью

23

Выделение регионов памяти

Функция VirtualAlloc – еще параметры:

тип доступа:

PAGE_READONLY – только чтение, запись и исполнение запрещены;

PAGE_READWRITE – чтение и запись, исполнение запрещено;

PAGE_EXECUTE – только исполнение;

PAGE_EXECUTE_READWRITE – всё дозволено;

PAGE_EXECUTE_WRITECOPY – особая обработка для EXE- и DLL-файлов (см. ниже);

PAGE_GUARD – особая обработка для стека (см. ниже). Этот флаг комбинируется с одним из предыдущих;

PAGE_NOACCESS – всё запрещено. Зачем – не знаю. ;-)

Функция возвращает виртуальный адрес региона (или NULL).

Операционные системы. Управление памятью

24

Изменение и освобождение регионов

Функция VirtualProtect – позволяет изменить тип доступа к региону или его части. Например, с PAGE_READONLY на PAGE_READWRITE и т.п.

Функция VirtualFree – освобождает ранее выделенный регион или его часть.

Параметры:

адрес региона или его части;

размер освобождаемой области;

тип освобождения:

MEM_DECOMMIT – отменяет только MEM_COMMIT;

MEM_RELEASE – полностью освобождает память.

Операционные системы. Управление памятью

25

Отображение исполняемых файлов

При запуске EXE или при загрузке DLL система использует тот же механизм выделения регионов.

Основное отличие: за виртуальными страницами закрепляются физические страницы не в страничном файле, а прямо в файле EXE или DLL.

При этом используется флаг PAGE_EXECUTE_WRITECOPY. Это значит:

одна физическая страница может использоваться несколькими процессами, пока они только читают данные и команды;

если один из процессов пытается записать на такую страницу, то возникает исключение и система копирует для него данную страницу в страничный файл, где процесс может с ней делать, что хочет, не мешая другим процессам.

Таким образом, загрузки в память всего файла при запуске не происходит, используется стандартный механизм загрузки по требованию.

Исключение: если EXEили DLL-файл запускается с дискеты или с CD/DVD, то он сразу целиком копируется в память или в страничный файл.

Операционные системы. Управление памятью

26

Файлы, отображаемые в память

Еще одно применение механизма регионов – объекты типа File Mapping.

Основная идея: отображать виртуальные страницы не на страничный файл и не на запускаемый EXE, а на произвольно заданный открытый файл. Это дает сразу две красивые возможности:

к содержимому файла можно обращаться, не используя функций чтения/записи, просто указывая виртуальный адрес, как к ячейкам массива. При таком обращении система обязана будет прочитать требуемую страницу в память (demand paging);

если виртуальные страницы двух разных процессов отображены на один и тот же файл, то фактически получается общая область памяти, доступная обоим процессам. То, что один процесс туда запишет, другой сможет прочитать.

Операционные системы. Управление памятью

27

Работа с отображаемыми файлами

Функция CreateFileMapping – создание объекта типа File Mapping.

Параметры:

хэндл предварительно открытого файла, который будет отображаться на память;

тип доступа к объекту (только для чтения или и для записи);

размер объекта;

имя объекта (используется, чтобы разные процессы могли работать с одним и тем же объектом).

Функция возвращает хэндл созданного объекта.

Особый случай: если вместо хэндла открытого файла указано значение -1, то объект будет связан со страничным файлом. Такой объект можно использовать только для создания области памяти, общей для двух или более процессов.

Операционные системы. Управление памятью

28

Работа с отображаемыми файлами

Функция MapViewOfFile – отображает участок файла на виртуальные адреса процесса.

Параметры:

хэндл объекта File Mapping;

размер отображаемого участка файла (окна);

смещение этого участка от начала файла.

Функция возвращает виртуальный адрес участка файла.

После этого можно обращаться к данным участка файла как к адресам памяти .

Если два процесса отображают свои страницы памяти на один и тот же участок файла – получается общая память процессов.

Операционные системы. Управление памятью

29

Отображение файла в память двух процессов

Адресное пространство процесса A

Окно A

Окно B

Адресное пространство процесса B

Операционные системы. Управление памятью

30

Работа со стеком

При создании новой нити процесса система по умолчанию резервирует ей регион стека размером 1 МБ.

Напомним, что стек заполняется «сверху вниз» (по уменьшению адресов).

Верхняя страница стека передается с флагом MEM_Commit.

Следующая (вниз) страница – с флагом MEM_COMMIT и атрибутом PAGE_GUARD. Это означает, что при первом обращении к этой странице возникает исключение, система снимает PAGE_GUARD с этой страницы и устанавливает MEM_COMMIT и PAGE_GUARD для следующей страницы.

Самая нижняя страница стека никогда не получает MEM_COMMIT и служит таким образом барьером от переполнения стека.

Если всё же происходит обращение к барьерной странице, то генерируется другое исключение – переполнение стека. Программа пользователя может его перехватить и обработать, запросив увеличение стека. В противном случае процесс завершается по ошибке.

Операционные системы. Управление памятью