《存儲管理Windows xp 虛擬內(nèi)存》實驗指導書（模板）

1、實驗五 存儲管理Windows xp虛擬內(nèi)存一、背景知識在Windows xp環(huán)境下，4GB的虛擬址空間被劃分成兩個局部：低端2GB提供給進程 使用，高端2GB提供給系統(tǒng)使用。這意味著用戶的應用程序代碼，包括DLL以及進程使用的 各種數(shù)據(jù)等，都裝在用戶進程地址空間內(nèi)（低端2GB）用戶過程的虛擬地址空間也被分成三 個局部：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)定的訪問權(quán) 限，用戶可以進行寫、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）沒有備用的物理內(nèi)存，但有一定的訪問權(quán)限。3）虛擬內(nèi)存的自由區(qū)（free）不限定其用途，有相應的PAGE

2、_NOAC_CESS權(quán)限。與 虛擬內(nèi)存區(qū)相關(guān)的訪問權(quán)限告知系弘進程可在內(nèi)存中進行何種類型的操作。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 味著不允許進程對其地址進行任何操作。在進程裝入之前，整個虛擬內(nèi)存的地址空間都被設(shè)置為只有PAGE_NOACESS權(quán)限的 自由區(qū)域。當系統(tǒng)裝入進程代碼和數(shù)據(jù)后，才將內(nèi)存地址的空間標記為已調(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)描述了進程 虛擬內(nèi)存空間中一組虛擬內(nèi)存頁面的當前狀態(tài)，其中State項說明這些區(qū)域是否為自由區(qū)、 已調(diào)配區(qū)或保存區(qū)；Protect項那么包含了 Windows系統(tǒng)為這些區(qū)域添加了何種訪問保護；Type項 那么說明這些區(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 讓用戶在指定的進程中，對虛擬內(nèi)存地址的大小和屬性進行檢測。Windows還提供了一整套能使用戶精確控制應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)的成員成員名稱目的PVOID BaseAddress虛擬內(nèi)存開始處的指針PVOID AllocationBase如果這個特定的區(qū)域為子分配區(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)存當前區(qū)域的保護屬性，可能值與AllocationProtect成員相同DWORDType虛擬內(nèi)存區(qū)域中出現(xiàn)的頁面類型，可能值為 MEMMAGE , MEM_MAPPED 和 MEM_PRIVATE表5-2虛擬內(nèi)存的API API名稱描述VirtualQueryEx()通過填充MEMORY_BASICNFORMATION結(jié)構(gòu)檢測進程內(nèi)虛擬 內(nèi)存的區(qū)域VirtualAlloc。保存或調(diào)配進程的局部虛擬內(nèi)存，設(shè)置分配和保護標志VirtualFree()釋放或收回應用程序使用的局部虛擬地址VirtualProtect()改變虛擬內(nèi)存區(qū)域保護規(guī)范Virtu

6、alLock()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VirtualUnlockQ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VirtualAlk)c()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)存的當前狀態(tài)，用戶假設(shè)想通過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)簡單地將內(nèi)存內(nèi)容保存在地址空間內(nèi)。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)的局部地址空間。用戶可以用fl Allocation Type參數(shù)(commit和reserve)來定義這些方式，用戶可以通知 Wind

7、ows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 保存頁。用戶可利用dwFree Type參數(shù)將已調(diào)配頁修改成保存頁屬性。VirtualProtect。是VirtualAlloc()的一個輔助函數(shù)，利用它可以改變虛擬內(nèi)存的保護規(guī) 范。二、實驗目的通過實踐了解Windows xp內(nèi)存的使用，學習如何在應用程序中管理內(nèi)存、體會 Windows應用程序內(nèi)存的簡單性和自我防護能力。學習檢查虛擬內(nèi)存空間或?qū)ζ溥M行操作了解Windows xp內(nèi)存結(jié)構(gòu)和虛擬內(nèi)存的管理，進而了解進程堆和W

8、indows為使用 內(nèi)存而提供的一些擴展功能。三、工具/準備工作在開始本實踐之前，請回顧教科書的相關(guān)內(nèi)容。您需要做以下準備：) 一臺運行Windows xp Professional操作系統(tǒng)的計算機。2)計算機中需安裝Visual C+6.0專業(yè)版或企業(yè)版。U1、實驗內(nèi)容與步驟.虛擬內(nèi)存的檢測使用VirtualQueryEX。函數(shù)來檢查虛擬內(nèi)存空間。步驟 1 ：登錄進入 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”， 進入 Visual C+窗口。步驟3：在

9、工具欄單擊“新建”按鈕，編寫代碼保存為5-kcpp.功能：檢測進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：單擊“Build”菜單中的Compile 5-Lcpp”命令，單擊“是”按鈕確認，系 統(tǒng)對5-l.cpp進行編譯。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。運行結(jié)果（如果運行不成功，原因是什么？）：按committed、reserved free等三種虛擬地址空間分別記錄實踐數(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)當前的自由區(qū)（free）虛擬地址空間填入表5-3中。表5-3 實踐記錄地址大小虛擬地址空間訪問權(quán)限描述freefreefreefreefreefreefreefr

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

12、committedcommittedcommittedcommittedcommittedcommittedcommitted將系統(tǒng)當前的保存區(qū)(reserved)虛擬地址空間填入表5-8中 表5-5 實踐記錄地址大小虛擬地址空間訪問權(quán)限描述reservedreserved地址大小虛擬地址空間訪問權(quán)限描述reservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreservedreserved.虛擬內(nèi)存操作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：單擊“Build”菜