實(shí)驗(yàn)3-2windows2000-虛擬內(nèi)存

1、實(shí)驗(yàn)3存儲管理     3-2 Windows 2000虛擬內(nèi)存(實(shí)驗(yàn)估計(jì)時間：120分鐘) Ø Ø         背景知識Ø Ø         實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#216; Ø         工具/準(zhǔn)備工作Ø Ø  &#

2、160;      實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 背景知識在Windows 2000環(huán)境下，4GB的虛擬地址空間被劃分成兩個部分：低端2GB提供給進(jìn)程使用，高端2GB提供給系統(tǒng)使用。這意味著用戶的應(yīng)用程序代碼，包括DLL以及進(jìn)程使用的各種數(shù)據(jù)等，都裝在用戶進(jìn)程地址空間內(nèi) (低端2GB) 。用戶過程的虛擬地址空間也被分成三部分：1) 虛擬內(nèi)存的已調(diào)配區(qū) (committed) ：具有備用的物理內(nèi)存，根據(jù)該區(qū)域設(shè)定的訪問權(quán)限，用戶可以進(jìn)行寫、讀或在其中執(zhí)行程序等操作。2) 虛擬內(nèi)存的保留區(qū) (reserved) ：沒有備用的物理內(nèi)存，但有一定的訪問權(quán)限

3、。3) 虛擬內(nèi)存的自由區(qū) (free) ：不限定其用途，有相應(yīng)的PAGE_NOACCESS權(quán)限。與虛擬內(nèi)存區(qū)相關(guān)的訪問權(quán)限告知系統(tǒng)進(jìn)程可在內(nèi)存中進(jìn)行何種類型的操作。例如，用戶不能在只有PAGE_READONLY權(quán)限的區(qū)域上進(jìn)行寫操作或執(zhí)行程序；也不能在只有PAGE_EXECUTE權(quán)限的區(qū)域里進(jìn)行讀、寫操作。而具有PAGE_ NOACCESS權(quán)限的特殊區(qū)域，則意味著不允許進(jìn)程對其地址進(jìn)行任何操作。在進(jìn)程裝入之前，整個虛擬內(nèi)存的地址空間都被設(shè)置為只有PAGE_NOACCESS權(quán)限的自由區(qū)域。當(dāng)系統(tǒng)裝入進(jìn)程代碼和數(shù)據(jù)后，才將內(nèi)存地址的空間標(biāo)記為已調(diào)配區(qū)或保留區(qū)，并將諸如EXECUTE、READWRI

4、TE和READONLY的權(quán)限與這些區(qū)域相關(guān)聯(lián)。清單3-2還顯示了如何理解Virtual QueryEX() API填充的MEMORY_BASIC_ INFORMATION結(jié)構(gòu)，如表5-l所示。此數(shù)據(jù)描述了進(jìn)程虛擬內(nèi)存空間中一組虛擬內(nèi)存頁面的當(dāng)前狀態(tài)。其中State項(xiàng)表明這些區(qū)域是否為自由區(qū)、已調(diào)配區(qū)或保留區(qū)；Protect項(xiàng)則包含了Windows系統(tǒng)為這些區(qū)域添加了何種訪問保護(hù)；Type項(xiàng)則表明這些區(qū)域是可執(zhí)行圖像、內(nèi)存映射文件還是簡單的私有內(nèi)存。VirtualQueryEX() API能讓用戶在指定的進(jìn)程中，對虛擬內(nèi)存地址的大小和屬性進(jìn)行檢測。Windows還提供了一整套能使用戶精確控制應(yīng)用

5、程序的虛擬地址空間的虛擬內(nèi)存API。一些用于虛擬內(nèi)存操作及檢測的API見表3-3所示。請預(yù)覽后下載！ 表3-2 MEMORY_BASIC_INFORMATION結(jié)構(gòu)的成員成員名稱目的PVOID BaseAddress虛擬內(nèi)存區(qū)域開始處的指針PVOID AllocationBase如果這個特定的區(qū)域?yàn)樽臃峙鋮^(qū)的話，則為虛擬內(nèi)存外面區(qū)域的指針；否則此值與BaseAddress相同DWORD AllocationProtect虛擬內(nèi)存最初分配區(qū)域的保護(hù)屬性。其可能值包括：PAGE_NOACCESS，PAGE_READONLY，PAGE_READWRITE和PAGE _EXECUTE_REA

6、DDWORD RegionSize虛擬內(nèi)存區(qū)域的字節(jié)數(shù)DWORD State區(qū)域的當(dāng)前分配狀態(tài)。其可能值為MEM_COMMIT，MEM_FREE和MEM_RESERVEDWORD Protect虛擬內(nèi)存當(dāng)前區(qū)域的保護(hù)屬性?？赡苤蹬cAllocationProtect成員的相同DWORD Type虛擬內(nèi)存區(qū)域中出現(xiàn)的頁面類型?？赡苤禐镸EM_IMAGE， MEM_MAPPED和MEM_PRIVATE  表3-3 虛擬內(nèi)存的APIAPI名稱描述VirtualQueryEx()通過填充MEMORY_BASIC_INFORMATION結(jié)構(gòu)檢測進(jìn)程內(nèi)虛擬內(nèi)存的區(qū)域VirtualAllo

7、c()保留或調(diào)配進(jìn)程的部分虛擬內(nèi)存，設(shè)置分配和保護(hù)標(biāo)志VirtualFree()釋放或收回應(yīng)用程序使用的部分虛擬地址VirtualProtect()改變虛擬內(nèi)存區(qū)域保護(hù)規(guī)范VirtualLock()防止系統(tǒng)將虛擬內(nèi)存區(qū)域通過系統(tǒng)交換到頁面文件中VirtualUnlock()釋放虛擬內(nèi)存的鎖定區(qū)域，必要時，允許系統(tǒng)將其交換到頁面文件中 提供虛擬內(nèi)存分配功能的是VirtualAlloc() API。該API支持用戶向系統(tǒng)要求新的虛擬內(nèi)存或改變已分配內(nèi)存的當(dāng)前狀態(tài)。用戶若想通過VirtualAlloc() 函數(shù)使用虛擬內(nèi)存，可以采用兩種方式通知系統(tǒng)：1) 簡單地將內(nèi)存內(nèi)容保存在地址空間內(nèi)；

8、2) 請求系統(tǒng)返回帶有物理存儲區(qū) (RAM的空間或換頁文件) 的部分地址空間。用戶可以用flAllocation Type參數(shù) (commit和reserve) 來定義這些方式，用戶可以通知Windows按只讀、讀寫、不可讀寫、執(zhí)行或特殊方式來處理新的虛擬內(nèi)存。與VirtualAlloc() 函數(shù)對應(yīng)的是VirtualFree() 函數(shù)，其作用是釋放虛擬內(nèi)存中的已調(diào)配頁或保留頁。用戶可利用dwFree Type參數(shù)將已調(diào)配頁修改成保留頁屬性。VirtualProtect() 是VirtualAlloc() 的一個輔助函數(shù)，利用它可以改變虛擬內(nèi)存區(qū)的保護(hù)規(guī)范。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 通過實(shí)驗(yàn)了解Windo

9、ws 2000內(nèi)存的使用，學(xué)習(xí)如何在應(yīng)用程序中管理內(nèi)存，體會Windows應(yīng)用程序內(nèi)存的簡單性和自我防護(hù)能力。2) 學(xué)習(xí)檢查虛擬內(nèi)存空間或?qū)ζ溥M(jìn)行操作；3) 了解Windows 2000的內(nèi)存結(jié)構(gòu)和虛擬內(nèi)存的管理，進(jìn)而了解進(jìn)程堆和Windows為使用內(nèi)存而提供的一些擴(kuò)展功能。請預(yù)覽后下載！工具/準(zhǔn)備工作在開始本實(shí)驗(yàn)之前，請回顧教科書的相關(guān)內(nèi)容。您需要做以下準(zhǔn)備：1) 一臺運(yùn)行Windows 2000 Professional操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。2) 計(jì)算機(jī)中需安裝Visual C+ 6.0專業(yè)版或企業(yè)版。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1. 虛擬內(nèi)存的檢測2. 虛擬內(nèi)存操作  1. 虛擬內(nèi)存

10、的檢測清單3-2所示程序使用VirtualQueryEX() 函數(shù)來檢查虛擬內(nèi)存空間。步驟1：登錄進(jìn)入Windows 2000 Professional。步驟2：在“開始”菜單中單擊“程序-Microsoft Visual Studio 6.0 Microsoft Visual C+ 6.0”命令，進(jìn)入Visual C+窗口。步驟3：在工具欄單擊“打開”按鈕，在“打開”對話框中找到并打開實(shí)驗(yàn)源程序3-2.cpp。 清單3-2 檢測進(jìn)程的虛擬地址空間/ 工程vmwalker# include <windows.h># include <iostream># include

11、 <shlwapi.h># include <iomanip># pragma comment(lib, "Shlwapi.lib") / 以可讀方式對用戶顯示保護(hù)的輔助方法。/ 保護(hù)標(biāo)記表示允許應(yīng)用程序?qū)?nèi)存進(jìn)行訪問的類型/ 以及操作系統(tǒng)強(qiáng)制訪問的類型inline bool TestSet(DWORD dwTarget, DWORD dwMask) return (dwTarget & dwMask) = dwMask) ;# define SHOWMASK(dwTarget, type) if (TestSet(dwTarget

12、, PAGE_#type) ) std : cout << ", " << #type; void ShowProtection(DWORD dwTarget) SHOWMASK(dwTarget, READONLY) ; SHOWMASK(dwTarget, GUARD) ; SHOWMASK(dwTarget, NOCACHE) ; SHOWMASK(dwTarget, READWRITE) ; SHOWMASK(dwTarget, WRITECOPY) ; SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE) ; SHOWMASK(dwTar

13、get, EXECUTE_READ) ; SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_READWRITE) ;請預(yù)覽后下載！ SHOWMASK(dwTarget, EXECUTE_WRITECOPY) ; SHOWMASK(dwTarget, NOACCESS) ; / 遍歷整個虛擬內(nèi)存并對用戶顯示其屬性的工作程序的方法void WalkVM(HANDLE hProcess) / 首先，獲得系統(tǒng)信息 SYSTEM_INFO si; : ZeroMemory(&si, sizeof(si) ) ; : GetSystemInfo(&si) ;  /

14、分配要存放信息的緩沖區(qū) MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi; : ZeroMemory(&mbi, sizeof(mbi) ) ;  / 循環(huán)整個應(yīng)用程序地址空間 LPCVOID pBlock = (LPVOID) si.lpMinimumApplicationAddress; while (pBlock < si.lpMaximumApplicationAddress) / 獲得下一個虛擬內(nèi)存塊的信息 if (: VirtualQueryEx( hProcess,/ 相關(guān)的進(jìn)程 pBlock, / 開始位置 &mbi, / 緩沖區(qū) siz

15、eof(mbi)=sizeof(mbi) )/ 大小的確認(rèn) / 計(jì)算塊的結(jié)尾及其大小 LPCVOID pEnd = (PBYTE) pBlock + mbi.RegionSize; TCHAR szSizeMAX_PATH; : StrFormatByteSize(mbi.RegionSize, szSize, MAX_PATH) ;  / 顯示塊地址和大小 std : cout.fill ('0') ; std : cout << std : hex << std : setw(8) << (DWORD) pBlock <&

16、lt; "-" << std : hex << std : setw(8) << (DWORD) pEnd << (: strlen(szSize)=7? " (" : " (") << szSize << ") " ;  / 顯示塊的狀態(tài) switch(mbi.State) case MEM_COMMIT:std : cout << "Committed" ;break; case MEM_FREE:

17、std : cout << "Free" ;break; case MEM_RESERVE:std : cout << "Reserved" ;break;   / 顯示保護(hù) if (mbi.Protect=0 && mbi.State!=MEM_FREE) mbi.Protect=PAGE_READONLY; ShowProtection(mbi.Protect);請預(yù)覽后下載！  / 顯示類型 switch (mbi.Type) case MEM_IMAGE: std : cout <

18、< ", Image" ;break; case MEM_MAPPED:std : cout << ", Mapped" ;break; case MEM_PRIVATE: std : cout << ", Private" ;break;   / 檢驗(yàn)可執(zhí)行的影像 TCHAR szFilename MAX_PATH ; if ( : GetModuleFileName ( (HMODULE) pBlock,/ 實(shí)際虛擬內(nèi)存的模塊句柄 szFilename, / 完全指定的文件名稱 MAX_PA

19、TH)>0) / 實(shí)際使用的緩沖區(qū)大小 / 除去路徑并顯示 : PathStripPath(szFilename) ; std : cout << ", Module: " << szFilename;   std : cout << std : endl; / 移動塊指針以獲得下一下個塊 pBlock = pEnd;  void main() / 遍歷當(dāng)前進(jìn)程的虛擬內(nèi)存 :WalkVM(:GetCurrentProcess(); 清單3-2中顯示一個WalkVM() 函數(shù)開始于某個進(jìn)程可訪問的最低端虛擬地址處，

20、并在其中顯示各塊虛擬內(nèi)存的特性。虛擬內(nèi)存中的塊由VirtualQueryEx() API定義成連續(xù)快或具有相同狀態(tài) (自由區(qū)、已調(diào)配區(qū)等等) 的內(nèi)存，并分配以一組統(tǒng)一的保護(hù)標(biāo)志 (只讀、可執(zhí)行等等) 。步驟4：單擊“Build”菜單中的“Compile 3-2.cpp”命令，并單擊“是”按鈕確認(rèn)。系統(tǒng)對3-2.cpp進(jìn)行編譯。步驟5：編譯完成后，單擊“Build”菜單中的“Build 3-2.exe”命令，建立3-2.exe可執(zhí)行文件。操作能否正常進(jìn)行？如果不行，則可能的原因是什么？能運(yùn)行步驟6：在工具欄單擊“Execute Program”按鈕，執(zhí)行3-2.exe程序。1) 分析運(yùn)行結(jié)果 (

21、如果運(yùn)行不成功，則可能的原因是什么？) 。按committed、reserved、free等三種虛擬地址空間分別記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中“描述”是指對該組數(shù)據(jù)的簡單描述，例如，對下列一組數(shù)據(jù)：00010000 00012000<8.00KB> Committed, READWRITE, Private可描述為：具有READWRITE權(quán)限的已調(diào)配私有內(nèi)存區(qū)。 請預(yù)覽后下載！將系統(tǒng)當(dāng)前的自由區(qū) (free) 虛擬地址空間填入表3-4中。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果請預(yù)覽后下載！請預(yù)覽后下載！表3-4 實(shí)驗(yàn)記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述 00011000-00020000

22、(60.0 KB)free NOACCESS  00021000-00030000(60.0 KB)free NOACCESS  00133000-00140000(52.0 KB)free NOACCESS  00276000-00280000(12.0 KB)free NOACCESS  002bd000-002c0000 (60.0 KB)free NOACCESS  00301000-00310000 (40.0 KB

23、)free NOACCESS  00316000-00320000 (60.0 KB)free NOACCESS  00361000-00370000 (60.0 KB)free NOACCESS   free  請預(yù)覽后下載！  free    free    free    free  

24、0; free    free    free    free    free    free    free    free    free    free    free &#

25、160;  free   提示：詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)活動中是必要的，但想想是否可以簡化記錄的辦法？ 將系統(tǒng)當(dāng)前的已調(diào)配區(qū) (committed) 虛擬地址空間填入表3-5中。 表3-5 實(shí)驗(yàn)記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述 00010000-00011000 (4.00KB)committedPrivate  00020000-00021000 (4.00KB)committed Private  0012c000-0012d000&#

26、160;(4.00KB)committed READWRITE Private  0012#160;(12.0KB)committed Private  00130000-00133000  (12.0KB)committedMapped   00140000-00145000 (20.0KB)committed Private   committed    commi

27、tted    committed  請預(yù)覽后下載！  committed    committed    committed    committed    committed    committed    committed    c

28、ommitted    committed    committed    committed    committed    committed    committed    committed    committed   將系統(tǒng)當(dāng)前的保留區(qū)

29、(reserved) 虛擬地址空間填入表3-6中。 表3-6 實(shí)驗(yàn)記錄地址大小虛擬地址空間類型訪問權(quán)限描述 00030000-0012c000 (0.98MB)reserved Private   reserved    reserved    reserved  請預(yù)覽后下載！  reserved    reserved    

30、;reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved

31、60;   reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved    reserved  

32、60;2) 從上述輸出結(jié)果，對照分析3-2程序，請簡單描述程序運(yùn)行的流程：獲得系統(tǒng)信息分配要存放的信息的緩沖區(qū)循環(huán)整個應(yīng)用程序地址空間獲得下一個虛擬內(nèi)存塊的信息計(jì)算塊的結(jié)尾及其大小顯示塊地址和大小顯示塊的狀態(tài)顯示保護(hù)顯示類型檢查可執(zhí)行的影像除去路徑并顯示移動塊指針以獲得下一個塊遍歷當(dāng)前進(jìn)程的虛擬內(nèi)存 2. 虛擬內(nèi)存操作清單3-3的示例顯示了如何分配一個大容量空間，將物理存儲委托給其中的很小一部分 (千分之一) 并加以使用。步驟7：在Visual C+ 窗口的工具欄中單擊“打開”按鈕，在“打開”對話框中找到并打開實(shí)驗(yàn)源程序3-3.cpp。 清單3-3 分配和使用大塊內(nèi)存請預(yù)覽后下載！ / 工程l

33、argealloc # include <windows.h> # include <iostream>  / 嘗試以指定長度的零數(shù)字填充內(nèi)存塊的簡便方法 void FillZero(LPVOID pBlock, DWORD dwSize) _try BYTE* arFill = (BYTE *) pBlock; for (DWORD dwFill = 0; dwFill < dwSize; +dwFill) arFill dwFill = 0; std : cout << “Memory zeroed.” << std : en

34、dl; _except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) std : cout << “Could not zero memory. ” << std : endl; void main() / 簡單的常數(shù) DWORD c_dwGigabyte = 1 << 30; DWORD c_dwMegabyte = 1 << 20;  / 使用內(nèi)存分配來獲得1GB塊 LPVOID pBlock = : malloc(c_dwGigabyte) ; : FillZero (pBlock, c_dwMegabyte) ; : f

35、ree(pBlock) ;   / 使用虛擬分配以獲得物理1GB塊 LPVOID pBlock = : VirtualAlloc( NULL,/ 不指定起始地址 c_dwGigabyte,/ 要求1GB MEM_COMMIT, / 調(diào)配物理存儲 PAGE_READWRITE) ;/ 對此的讀寫操作 : FillZero(pBlock, c_dwMegabyte) ; : VirtualFree(pBlock, 0, MEM_RELEASE) ;   / 使用虛擬分配以獲得虛擬1GB塊 LPVOID pBlock = : VirtualAlloc( NULL,/ 不指定起始地

36、址 c_dwGigabyte,/ 要求1GB MEM_RESERVE,/ 不調(diào)配物理存儲 PAGE_READWRITE) ;/ 對此的讀寫操作 : FillZero(pBlock, c_dwMegabyte) ; : VirtualFree(pBlock, 0, MEM_RELEASE) ;   / 使用虛擬分配調(diào)配獲得虛擬1GB塊，再為其調(diào)配1MB物理存儲 LPVOID pBlock = : VirtualAlloc(請預(yù)覽后下載！ NULL,/ 不指定起始地址 c_dwGigabyte,/ 要求1GB MEM_RESERVE,/ 不調(diào)配物理存儲 PAGE_READWRITE) ;/ 對此的讀寫操作 : VirtualAlloc( pBl