《存儲(chǔ)管理Windows xp 虛擬內(nèi)存》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（模板）

1、實(shí)驗(yàn)五 存儲(chǔ)管理Windows xp虛擬內(nèi)存一、背景知識(shí)在Windows xp環(huán)境下，4GB的虛擬址空間被劃分成兩個(gè)局部：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(hù)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(hù)進(jìn)程地址空間內(nèi)（低端2GB）用戶(hù)過(guò)程的虛擬地址空間也被分成三 個(gè)局部：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(wèn)權(quán) 限，用戶(hù)可以進(jìn)行寫(xiě)、讀或在其中執(zhí)行程序等操作。2）虛擬內(nèi)存的保存區(qū)（researved）沒(méi)有備用的物理內(nèi)存，但有一定的訪問(wèn)權(quán)限。3）虛擬內(nèi)存的自由區(qū)（free）不限定其用途，有相應(yīng)的PAGE

2、_NOAC_CESS權(quán)限。與 虛擬內(nèi)存區(qū)相關(guān)的訪問(wèn)權(quán)限告知系弘進(jìn)程可在內(nèi)存中進(jìn)行何種類(lèi)型的操作。例如：用戶(hù)不能在只有PAGE_READONLY權(quán)限的區(qū)域上進(jìn)行寫(xiě)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、嚼作。而具有PAGE_NOACESS權(quán)限的特殊區(qū)域，那么意 味著不允許進(jìn)程對(duì)其地址進(jìn)行任何操作。在進(jìn)程裝入之前，整個(gè)虛擬內(nèi)存的地址空間都被設(shè)置為只有PAGE_NOACESS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)或保存區(qū)，并 將諸如EXECUTE、READWRITE和READONLY的權(quán)限與這些區(qū)域相關(guān)聯(lián)。如表5-1所示，給出

3、了MEMORY_BASICNFORMATION的結(jié)構(gòu)，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(yè)面的當(dāng)前狀態(tài)，其中State項(xiàng)說(shuō)明這些區(qū)域是否為自由區(qū)、 已調(diào)配區(qū)或保存區(qū)；Protect項(xiàng)那么包含了 Windows系統(tǒng)為這些區(qū)域添加了何種訪問(wèn)保護(hù)；Type項(xiàng) 那么說(shuō)明這些區(qū)域是可執(zhí)行圖像、內(nèi)存映射文件還是簡(jiǎn)單的私有內(nèi)存，VirtualQueryEX（）API 讓用戶(hù)在指定的進(jìn)程中，對(duì)虛擬內(nèi)存地址的大小和屬性進(jìn)行檢測(cè)。Windows還提供了一整套能使用戶(hù)精確控制應(yīng)用程序的虛擬地址空間API, 一些用于虛 擬內(nèi)存操作及檢測(cè)的API如表5-2所示。表5-1 MEMORY_BASIC_INFORM

4、ATION 結(jié)構(gòu)的成員成員名稱(chēng)目的PVOID BaseAddress虛擬內(nèi)存開(kāi)始處的指針PVOID AllocationBase如果這個(gè)特定的區(qū)域?yàn)樽臃峙鋮^(qū)的話，那么為虛擬內(nèi)存外面區(qū)域的指 針；否那么此值與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 NOACESS,PAGE READONLY,PAGE READWRITTE和PAGE_EXECUTE_READ DWORD 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_

5、RESERVEDWORD Protect虛擬內(nèi)存當(dāng)前區(qū)域的保護(hù)屬性，可能值與AllocationProtect成員相同DWORDType虛擬內(nèi)存區(qū)域中出現(xiàn)的頁(yè)面類(lèi)型，可能值為 MEMMAGE , MEM_MAPPED 和 MEM_PRIVATE表5-2虛擬內(nèi)存的API API名稱(chēng)描述VirtualQueryEx()通過(guò)填充MEMORY_BASICNFORMATION結(jié)構(gòu)檢測(cè)進(jìn)程內(nèi)虛擬 內(nèi)存的區(qū)域VirtualAlloc。保存或調(diào)配進(jìn)程的局部虛擬內(nèi)存，設(shè)置分配和保護(hù)標(biāo)志VirtualFree()釋放或收回應(yīng)用程序使用的局部虛擬地址VirtualProtect()改變虛擬內(nèi)存區(qū)域保護(hù)規(guī)范Virtu

6、alLock()防止系統(tǒng)將虛擬內(nèi)存區(qū)域通過(guò)系統(tǒng)交換到頁(yè)面文件中VirtualUnlockQ釋放虛擬內(nèi)存的鎖定區(qū)域，必要時(shí)，允許系統(tǒng)將其交換到頁(yè)面文件中提供虛擬內(nèi)存分配功能的是VirtualAlk)c()API,該API支持用戶(hù)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(hù)假設(shè)想通過(guò)VirtualAllocOAPI函數(shù)使用虛擬內(nèi)存，可以采 用兩種方式能知系統(tǒng)：1)簡(jiǎn)單地將內(nèi)存內(nèi)容保存在地址空間內(nèi)。2)請(qǐng)求系統(tǒng)返回帶有物理存儲(chǔ)區(qū)(RAM的空間或換頁(yè)文件)的局部地址空間。用戶(hù)可以用fl Allocation Type參數(shù)(commit和reserve)來(lái)定義這些方式，用戶(hù)可以通知 Wind

7、ows按只讀、讀寫(xiě)、不可讀寫(xiě)、執(zhí)行或特殊方式來(lái)處理新的虛擬內(nèi)存。與VirtualAlloc。函數(shù)對(duì)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(yè)或 保存頁(yè)。用戶(hù)可利用dwFree Type參數(shù)將已調(diào)配頁(yè)修改成保存頁(yè)屬性。VirtualProtect。是VirtualAlloc()的一個(gè)輔助函數(shù)，利用它可以改變虛擬內(nèi)存的保護(hù)規(guī) 范。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)踐了解Windows xp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(huì) Windows應(yīng)用程序內(nèi)存的簡(jiǎn)單性和自我防護(hù)能力。學(xué)習(xí)檢查虛擬內(nèi)存空間或?qū)ζ溥M(jìn)行操作了解Windows xp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W

8、indows為使用 內(nèi)存而提供的一些擴(kuò)展功能。三、工具/準(zhǔn)備工作在開(kāi)始本實(shí)踐之前，請(qǐng)回顧教科書(shū)的相關(guān)內(nèi)容。您需要做以下準(zhǔn)備：) 一臺(tái)運(yùn)行Windows xp 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(zhuān)業(yè)版或企業(yè)版。U1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟.虛擬內(nèi)存的檢測(cè)使用VirtualQueryEX。函數(shù)來(lái)檢查虛擬內(nèi)存空間。步驟 1 ：登錄進(jìn)入 Windows xp Professional o羽聚 2：在歷始舞鼾單擊程芋Microsoft Visual Studio 6.0 Microsoft Visual C+ 6.0”， 進(jìn)入 Visual C+窗口。步驟3：在

9、工具欄單擊“新建”按鈕，編寫(xiě)代碼保存為5-kcpp.功能：檢測(cè)進(jìn)程的虛擬地址空間參考頭文件與函數(shù)：windows.h iostream shlwapi.h iomanipA WalkVM()ZeroMemory() GetSystemInfo(&si) StrFormatByteSize() VirtualQueryEx()API步驟4：?jiǎn)螕簟癇uild”菜單中的Compile 5-Lcpp”命令，單擊“是”按鈕確認(rèn)，系 統(tǒng)對(duì)5-l.cpp進(jìn)行編譯。步驟5：編譯完成后，單擊“Build”菜單中的“Build 5-l.exe”命令,建立5-l.exe 可執(zhí)行文件。操作能否正常進(jìn)行，如果不行，原因

10、是什么？步驟6：在工具欄單擊uExecute program v按鈕，執(zhí)行5-l.exe程序。運(yùn)行結(jié)果（如果運(yùn)行不成功，原因是什么？）：按committed、reserved free等三種虛擬地址空間分別記錄實(shí)踐數(shù)據(jù)，其中“描述”是 指對(duì)該組數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單描述，例如：對(duì)以下一組數(shù)據(jù)：00010000-0001 xpCommitted,READ WRITE,Private 可描 述為：具有 READWRITE權(quán)限的已調(diào)配私有內(nèi)存區(qū)。將系統(tǒng)當(dāng)前的自由區(qū)（free）虛擬地址空間填入表5-3中。表5-3 實(shí)踐記錄地址大小虛擬地址空間訪問(wèn)權(quán)限描述freefreefreefreefreefreefreefr

11、eefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefreefree將系統(tǒng)當(dāng)前的已調(diào)配區(qū)（committed）虛擬地址空間填入表5-4中表5-4 實(shí)踐記錄地址大小虛擬地址空間訪問(wèn)權(quán)限描述committedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommitted

12、committedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommitted將系統(tǒng)當(dāng)前的保存區(qū)(reserved)虛擬地址空間填入表5-8中 表5-5 實(shí)踐記錄地址大小虛擬地址空間訪問(wèn)權(quán)限描述reservedreserved地址大小虛擬地址空間訪問(wèn)權(quán)限描述reservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreserved.虛擬內(nèi)存操作如何分配一個(gè)大容量空間，將物理存儲(chǔ)委托給其中的很小一局部(千分之一)并加 以使用。步驟1：在工具欄單擊“新建”按鈕，編寫(xiě)代碼并保存為5-2.cppo功能：分配和使用大塊內(nèi)存參考頭文件與函數(shù)：windows.h、iostream FillZero() malloc() FillZero () free() VirtualAlloc() VirtualFree() ;螂2：?jiǎn)螕簟癇uild”菜