第15章 在应用程序中使用虚拟内存（1）

15.1 预订（Reserve）地址空区域

（1）VirutalAlloc(pvAddress,dwSize,fdwAllocationType,fdwProtect)

 　　①PVOID pvAddress参数：内存地址，要预订的地址空间中的哪一块。

　　　　A.这个参数也说明也该函数是较底层函数的原因，因为可以由我们指定在哪个地址分配内存！但这也是有限制的，即只能在用户模式分区中分配内存，否则将会失败。

　　　　B.预订区域时，系统始终是按CPU的分配粒度来分配区域的。如果指定的pvAddress不是64K的整数倍时，则系统会将pvAddress向下取整到64K的整数倍作为预订区域的起始地址（也叫区域的基地址）。如pvAddress=300×65536 + 8192时，会被取整为300×65536。（但应注意：在提交时，起始地址始终（与区域大小一样），始终都是页面大小的整数倍）

　　　　C.当该参数为NULL时，系统会自动找一块空闲的区域来预订。但系统不保证一定会从地址空间的底部往上分配，也不保证一定从地址空间的顶部往下分配。

　　　　D.如果在fdwAllocatioType指定MEM_TOP_DOWN时会尽可能地在高地址中分配空间

　　②SIZE_T dwSize参数——用来指定预订区域的大小，以字节为单位

　　　　A.区域大小是以CPU页面大小的整数倍来预订的（一般为4KB）。

　　　　B.如果指定的dwSize不是4KB的整数倍，则会被向上取整。如预订大小为62KB，则最终得到的区域大小为64KB。

　　③DWORD fdwAllocationType参数——要预订还是提交等

　　④DWORD fdwProtect参数——给区域指定保护属性

　　　　A.预订区域时，可以使用PAGE_NOACCESS、PAGE_READWRITE、PAGE_READONLY、PAGE_EXECUTE_*等几类。

　　　　B.但预订时不能使用PAGE_WRITECOPY、PAGE_EXECUTE_WRITECOPY、PAGE_GUARD、PAGE_NOCACHE和PAGE_WRITECOMBINE，因为这些标志跟物理存储器有关。

15.2 给区域调拨（Commit）物理存储器

（1）调用VirtualAlloc时传入MEM_COMMIT标志，在给物理存储器指定页面保护属性时，可以与预订时一致，也可以完全不同！但最终的保护性页以物理页面的保护属性为准（而不是区域的保护属性）

（2）在己预订的区域中，可以无须一下子给整个区域都调拨物理存储器，可以用pvAddress和dwSize来指定要想提交的部分。（即哪个内存地址，大小为多少，同时x86中都是以4KB的页面大小为基本单位）

（3）由于系统是基于一个完全页面（4KB大小）来指定保护属性的，所以同一个物理存储页不可能有不同的保护属性。但同一区域中的另一个页面可以是另一种保护属性。

15.3 同时预订和调拨物理存储器

（1）调用VirtualAlloc，并传入MEM_RESERVE|MEM_COMMIT标志

（2）大页面内存的分配

　　①返回大页面分配粒度：SIZE_T GetLargePageMinimum(),如果系统不支持大页面，则返回0

　　②调用VirtualAlloc时传入MEM_SERVE|MEM_COMMIT|MEM_LARGE_PAGE，即必须是同时预订和提交内存，而不能分开来实现。

　　③同时要分配的内存块大小（dwSize）必须是大页面分配粒度的整倍数，页面的保护属性fdwProtect也必须指定为PAGE_READWRITE。

【注意】

　　①大页面分配到的内存是不可换页的，也就是必须驻留内存，而不会被换出到页交换文件。所以就要求物理内存页面要被锁定。

　　②默认下，要使用“锁定内存页面”要先得到授权。（方法是“控制面板”→“管理工具”→“本地安全策略”→“本地策略”→“用户权限分配”→“锁定内存页”中添加用户或组）

15.4 何时调拨物理存储器

（1）先预订区域而不提交物理存储器（再次提醒，实际上是提交到页交换文件的）可以节省大量的物理存储器。

（2）当应用程序要访问未提交的内存地址时，会引发异常，系统会通知我们的应用程序。我们要用的就是给应用程序设置一个异常处理程序，在这里面再去真正地执行提交物理存储器的操作，从而实现内存的“按需分配”。

15.5 撤消调拨物理存储器及释放区域

（1）VirtualFree(pvAdress,dwSize,fdwFreeType)

　　①撤消并释放整个区域：pvAddress指定为区域的基地址，即预订区域时VirtualAlloc的返回值。同时dwSize必须传入0，因为系统知道该区域的大小。第3个参数传MEM_RELEASE。（注意此时不能只撤消一部分区域。此外，这时提交的内存被释放且预订的虚拟地址空间也归返，这就意味着MEM_RELEASE不能得MEM_DECOMMAND一起使用！）

　　②撤消部分物理存储器（但保留虚拟地址空间）：指定pvAddress和dwSize，并传入MEM_DECOMMIT。与预订和提交物理存储器一校址，撤消也是基于页面粒度的，即系统会撤消地址空间被pvAddress到pvAddress+dwSize覆盖的所有页面（注意，页面是个4KB的空间，即如果pvAddress是位于某个页面中间，那该页面也作为整体被撤消）。

（2）何时撤消调拨物理存储器

　　①由于撤消操作是以页面粒度为基本单位的，当我们进行撤消时，可能会把当前正在使用的某个变量的内存也给撤消掉。

　　②要安全的撤消操作，就要为每个变量或结构体增加一个标志位，用来记录它们正在被使用的情况。只有等到同一个页面所有相邻的结构不在被使用时，才能进行撤消操作。

【DemandPaging程序】利用结构化异常机制进行内存的“按需分配”

#include <windows.h>
#include <tchar.h>
#include <locale.h>

#define PAGELIMIT 80    //请求页面的总数
LPBYTE lpNextPage=NULL;      //下一次请求的页面地址
DWORD dwPageSize = 0;   //页面的大小（分配粒度）
DWORD dwPages = 0;      //当前己经请求的页面数量

INT PageFaultExceptionFilter(DWORD dwCode){
    LPVOID lpvResult;

    //如果不是页面错误，则退出
    if (dwCode !=EXCEPTION_ACCESS_VIOLATION){
        _tprintf(_T("错误发生[%d]\n"), dwCode);
        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER; //当错误发生时，执行except代码块中的内容。
    }

    _tprintf(_T("页面访问错误，"));

    if (dwPages >=PAGELIMIT){
        _tprintf(_T("超出页面数量%d\n"), PAGELIMIT);

        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER; //当错误发生时，执行except代码块中的内容。
    }

    lpvResult = VirtualAlloc((LPVOID)lpNextPage, dwPageSize, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);
    if (lpvResult == NULL){
        _tprintf(_T("提交新页面失败！\n"));
        return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
    } else{
        _tprintf(_T("将重新提交一个新页面！\n"));
    }

    dwPages++;
    lpNextPage += dwPageSize;
    return EXCEPTION_CONTINUE_EXECUTION; //当错误发生时，执行except代码块后面的内容。
}

VOID ErrorExit(LPTSTR oops){
    _tprintf(_T("错误!%s，出错代码为%ld\n"),
             oops, GetLastError());
    exit(0);
}

int _tmain(){
    _tsetlocale(LC_ALL, _T("chs"));

    LPVOID lpvBase; //要测试的内存基地址
    LPTSTR lpPtr;   //通用的字符指针
    BOOL bSuccess;  //
    SYSTEM_INFO si; //系统信息结构体
    GetSystemInfo(&si);
    dwPageSize = si.dwPageSize;

    _tprintf(_T("CPU页面大小为%dKB.\n"), si.dwPageSize/1024);

    //在进程的虚拟空间中预订页面
    lpvBase = VirtualAlloc(NULL,   //系统自动选择基地址
                           PAGELIMIT*dwPageSize,//区域的大小
                           MEM_RESERVE, //预订（注意不是提交）
                           PAGE_NOACCESS);//保护属性，不可读写

    if (lpvBase == NULL){
        ErrorExit(_T("预订页面失败"));
    }

    lpPtr =(LPTSTR)lpvBase;
    lpNextPage = (LPBYTE)lpvBase;
    for (DWORD i = 0; i < PAGELIMIT*dwPageSize/sizeof(TCHAR);i++){
        __try{
            //写入内存
            lpPtr[i] = _T(‘a‘); //因未提交物理存储器，这里会引发异常
        }
        //如果发生页面错误，则提交另一个页面并尝试继续
        __except (PageFaultExceptionFilter(GetExceptionCode())){
            //以下的代码只有在“过滤函数”中提交下个页面失败时
            //才会被调用
            ExitProcess(GetLastError());
        }
    }

    //释放区域
    bSuccess = VirtualFree(lpvBase,
                           0,  //当使用MEM_RELEASE时，必须为0
                           MEM_RELEASE);//撤消提交的区域(这里不用加MEM_DECOMMIT)

    _tprintf(_T("释放操作%s.\n"), bSuccess ? _T("成功") : _T("失败"));

    return 0;
}

【VMAlloc程序】内存的垃极收集（VirtualFree函数的应用）