深入解析Windows操作系统（笔记7）

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　　32位的应用程序，开启大地址空间标志的情况下，在64位Windows系统可用4GB的内存空间(32位系统上最多达3G)。

　　内存管理器是Windows执行体的一部分(位于Ntoskrnl.exe中)，主要由：
　　一组执行体系统服务，负责分配、释放和管理虚拟内存；
　　提供内存管理异常中的，转译无效陷阱处理器，以及访问错误陷阱处理器；
　　工作集管理器(优先级16)，驻留在物理内存的部分称作工作集；
　　进程/栈交换器(优先级23)，执行进程栈和内核线程栈换入换出操作；
　　已修改页面写出器(优先级17)，将修改列表上的脏页面写回到页面文件中；
　　映射页面写出器(优先级17)，将映射文件中的脏页面写到磁盘上；
　　解引用段线程(dereference segment thread,优先级18)，负责页面缓存的减少；
　　零页面线程(优先级0)，将空闲列表上的页面清零。

　　内存管理器必须同步访问全局资源包括页面帧编号(PFN,page frame number)数据库(通过自旋锁)、内存区对象和系统工作集(通过压栈锁)，以及页面文件的创建(通过互斥体)。

　　应用程序的保留地址区域按64KB对齐。已提交的虚拟页面在第一次访问的时候才真正被创建起来，并且页面初始化为零(demand zero)。

　应用程序可以调用VirtualLock函数来锁住进程工作集页面在物理内存中，驱动程序可以调用MmProbeAndLockPages、MmLockPagableCodeSection、MmLockPagableDataSection或MmLockPagableSectionByHandle来锁住页面。

　　内存区对象可以被连接到磁盘上的文件(映射文件)，或连接到提交的内存(共享内存)。

　　前端堆类型：
　　预读列表(Look-Aside List)，预读列表是一个单向列表，列表按照后进先出(LIFO)的顺序和非阻塞的方式来操作。
　　低碎片堆(LFH,Low Fragmentation Heap)，显示调用函数HeapSetInformation以后，LFH才被打开。
　　进程在调试状态下，堆调试选项被打开，此时前端堆被禁止，改而使用核心堆。

　　转译虚拟地址过程：
　　一个虚拟地址，高10位是页目录索引，中间10位是页表索引，低12位是页内偏移。
　　1.内存管理硬件找到当前进程的页目录(CR3寄存器保存着当前进程页目录的物理地址)；
　　2.利用页目录索引找到相应的页目录项(PDE)，PDE包含了页表的页面帧编号(PFN,page frame number)，注意页表时可以被换出的；
　　3.利用页表索引找到相应的页表项(PTE)，PTE包含了目标页的物理地址；
　　4.如果PTE是有效的，则解释为PFN找到物理页面，如果PTE是无效的，交由内存管理错误处理器(fault handler)，试图变为有效页面(尝试失败产生错误异常)；
　　5.利用页内偏移，找到目标数据。

　　每个进程都有一个页目录(page directory)，页目录的物理地址保存在内核进程块(KPROCESS)中，其虚拟地址映射在0xC030000处，每次发生进程环境切换，内核将页目录位置从KPROCESS结构中加载到CR3寄存器。
　　页目录中的每一项(PDE,page direcotry entry)是4字节长，页目录描述了该进程所有可能的页表状态和位置，页表是按需创建的。页表中的每一项(PTE)高20位是页面帧编号(PFN)，低12位是一些标志属性值，其中位0代表此PTE是否有效，引用无效的PTE称为页面错误(page fault)，内核陷阱处理器把这种错误分发给内存管理器的错误处理器(fault hanlder,MmAccessFault)，此时PTE高20位解释为页面文件偏移。

　　虚拟地址描述符(VAD,virtual address descriptor)，对每个进程内存管理器都维护了一组VAD来描述该进程地址空间状态，这些VAD组织成一棵自平衡二叉树。

　　内存区对象(section object)，代表多个进程可以共享的一块内存，Windows子系统将其称为文件映射对象(file mapping object)。内存区对象可以被映射到页面文件中，也可以映射到磁盘上的其他文件中。

　　XP中加入的逻辑预取器(logical prefercher)，可以加速引导过程和应用程序启动过程，内存管理器会将页面错误通知给内核中的预取器，预取器记录下这些信息(对于应用程序监视启动过程的前10秒，对于引导过程监视自系统启动开始至用户外壳Explorer启动之后的30秒)，当下一次系统引导或应用程序启动的时候，调用预取器提前载入这些页面，而且在系统空闲的时候，任务调度器还会把这些预取页面的文件，按先后顺序通过碎片整理器，在磁盘物理上也是连续存放，更加优化整个过程。

　　虚拟页面在换出时，常见的置换策略有最近最少使用(LRU,least recently used)策略和先进先出(FIFO,first in first out)策略，置换策略可进一步被归结为全局或局部的，比如这个页面是否只能被所属进程置换等。

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