89209

УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ В WINDOWS

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Разработать приложение, которое предоставляет пользователю возможность управлять памятью в Windows, получать системную информацию о состоянии физической и виртуальной памяти, а также управлять выделением и освобождением виртуальной памяти.

Русский

2015-05-10

56.92 KB

10 чел.

9

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»

О Т Ч Е Т

по лабораторной работе №3

Дисциплина

«Операционные системы и системное программирование»

Тема

«УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ В WINDOWS»

Выполнил: студент гр. 107312 Старовойтов П.С.

Проверил: Разорёнов Н.А.

МИНСК 2015

1. Цель работы

Изучить основы распределения и управления памятью в Windows.

2. Изучаемые вопросы

1. Виртуальное адресное пространство:

a. Виртуальное адресное пространство и физическая память.

b. Состояние страниц.

c. Атрибуты защиты.

d. Границы выделения памяти.

e. Регионы в адресном пространстве.

2. Работа с виртуальной памятью:

a. Выделение памяти.

b. Освобождение памяти.

c. Изменение атрибутов защиты.

d. Блокировка физической памяти RAM.

e. Стек потока.

3. Кучи.

4. Стандартные библиотечные функции языка С.

3. Постановка задачи

Разработать приложение, которое предоставляет пользователю возможность управлять памятью в Windows, получать системную информацию о состоянии физической и виртуальной памяти, а также управлять выделением и освобождением виртуальной памяти. В программе предусмотреть использование различных видов памяти:

1. Статически распределяемой.

2. Стековой памяти.

3. Динамически распределяемой памяти.

4. Регионов виртуальной памяти.

4. Ход выполнения работы

Виртуальное адресное пространство:

4.1. Виртуальное адресное пространство и физическая память.

Всем процессам в операционной системе Windows предоставляется важнейший ресурс – виртуальная память (virtual memory). Все данные, с которыми процессы непосредственно работают, хранятся именно в виртуальной памяти. Виртуальное адресное пространство каждого процесса значительно больше всей физической памяти, доступной для всех процессов. Общий объем памяти, доступной для всех исполняемых процессов, является суммой физической памяти и свободного места на диске, доступного для файла подкачки (paging file) – файла на диске, используемого для увеличения объема физической памяти. Реальная физическая память и виртуальное адресное пространство для каждого процесса организованны в страницы (pages) – модули памяти, чей размер зависит от процессора.

 4.2. Состояние страниц.

Страницы виртуального адресного пространства процессов могут находиться в одном из трех состояний:

  1.  свободное (free) – свободная страница в данный момент не доступна, но ей можно передать физическую память или зарезервировать;
  2.  зарезервированное (reserved) – зарезервированная страница – это блок виртуального адресного пространства процесса, который был зарезервирован для более позднего использования.
  3.  фиксированное (committed) – фиксированная страница – это такая страница, для которой выделена физическая память (в ОЗУ или на диске). Она может быть защищена от доступа других процессов, может быть доступна только для чтения или для чтения и записи.

 switch(mbs.State)

  {

   case MEM_COMMIT:

    y+=sprintf(buff+y,"  COMMIT ");break;

   case MEM_FREE:

    y+=sprintf(buff+y," FREE   ");break;

   case MEM_RESERVE:

    y+=sprintf(buff+y,"  RESERVE");break;

   default:

    y+=sprintf(buff+y,"  UNKNOWN");break;

  }

4.3. Атрибуты защиты.

Все процессоры, поддерживаемые Windows, предоставляют ту или иную форму аппаратной защиты памяти (например доступ для чтения и записи, только для чтения и т. д.); конкретные механизмы такой защиты зависят от архитектуры процессора. Скажем, страницы кода в адресном пространстве процесса помечаются атрибутом «только для чтения», что защищает их от изменения пользовательскими потоками. Отдельным страницам физической памяти, выделяемым функцией VirtualAlloc, можно определить атрибуты защиты.

MEMORY_BASIC_INFORMATION mbs;

VirtualQuery(p,&mbs,sizeof(mbs));

switch(mbs.Protect)

{

case PAGE_EXECUTE:

SendDlgItemMessage(hDlg, IDC_RADIO1, BM_SETCHECK,BST_CHECKED, NULL);

break;

}

 

 4.4. Границы выделения памяти.

Граница выделения памяти обуславливаются гранулярностью обращения к памяти через страницы. Так как страница имеет кратность 4Кб, то граница выделения любого региона кратна этому значению. Возможные значения определяются граничными значениями доступных участков.

INT_PTR CALLBACK About(HWND hDlg, UINT message, WPARAM wParam, LPARAM lParam)

{

UNREFERENCED_PARAMETER(lParam);

SYSTEM_INFO sys_inf;

MEMORYSTATUS mem_stat;

if (LOWORD(wParam) == IDC_BUTTON1) //globalmemory

{

GlobalMemoryStatus(&mem_stat);

TCHAR szData[512]={0};

_stprintf(szData, TEXT("%d\n%d\n%I64d\n%I64d\n%I64d\n%I64d\n%I64d"),

 mem_stat.dwMemoryLoad,

 mem_stat.dwTotalPhys,

 (__int64) mem_stat.dwAvailPhys,

 (__int64) mem_stat.dwTotalPageFile,

 (__int64) mem_stat.dwAvailPageFile,

 (__int64) mem_stat.dwTotalVirtual,

 (__int64) mem_stat.dwAvailVirtual);

TCHAR szText[512]=TEXT("Memory load: \n TotalPhys: \n AvailPhys: \n TotalPageFile: \n AvailPageFile: \n TotalVirtual: \n AvailVirtual");

 SetDlgItemText(hDlg, IDC_STATIC2, szData);

 SetDlgItemText(hDlg, IDC_STATIC1, szText);

}

}

 4.5. Регионы в адресном пространстве.

Для резервирования региона памяти в адресном пространстве процесса или выделения ее используется функция VirtualAlloc, а для освобождения – функция VirtualFree. Операция выделения региона называется резервированием. При резервировании система обязательно выравнивает начало региона с учетом так называемой гранулярности выделения памяти.

LPVOID VirtualAlloc (

     LPVOID lpAddress, // адрес, по которому надо зарезервировать или выделить память

     DWORD dwSize, // размер выделяемого региона

     DWORD flAllocationType, // тип распределения памяти

     DWORD flProtect // тип защиты доступа

);

p =VirtualAlloc(NULL,4096*number,MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE);

BOOL VirtualFree (

                  LPVOID lpAddress, // адрес региона, который надо освободить

                  DWORD dwSize, // размер освобождаемого региона

                  DWORD dwFreeType // тип освобождения

);

if(VirtualFree(p,0,MEM_DECOMMIT))

MessageBoxA(hDlg,"Virtual Free was successful","Success",MB_OK);

Работа с виртуальной памятью:

4.6. Выделение памяти.

Функции для работы с виртуальной памятью манипулируют страницами памяти.

Функция VirtualAlloc выполняет одну из операций:

  1.  резервирует определенное количество страниц;
  2.  передает физическую память зарезервированным страницам;
  3.  резервирует и передает физическую память страницам.

if (LOWORD(wParam) == IDC_BUTTON11)

{   p0=(char*)VirtualAlloc(NULL,16*sys_inf.dwPageSize,MEM_RESERVE,PAGE_READWRITE);

       .   .    .    .      .

VirtualQuery(p,&mbs,sizeof(mbs));  }

 4.7. Освобождение памяти

Функция VirtualFree выполняет одну из операций:

  1.  возврат физической памяти;
  2.  освобождение региона.

BOOL VirtualFree (

LPVOID lpAddress, // адрес региона, который надо освободить

DWORD dwSize, // размер освобождаемого региона

DWORD dwFreeType // тип освобождения

);

 if (LOWORD(wParam) == IDC_BUTTON3)  //virtualfree

   {

 if(VirtualFree(p,0,MEM_DECOMMIT))

    MessageBoxA(hDlg,"Virtual Free was successful","Success",MB_OK);

 else

    MessageBoxA(hDlg,"Can't free memory","Error",MB_OK);

  }

4.8. Изменение атрибутов защиты.

VirtualProtect позволяет изменять атрибуты защиты в адресном пространстве текущего процесса.

BOOL VirtualProtect (

LPVOID lpAddress, // адрес региона для установки флага

DWORD dwSize, // размер региона

DWORD flNewProtect, //новый атрибут защиты

PDWORD lpflOldProtect // адрес для сохранения старых флагов

);

if( !VirtualProtect(p1,5*4096,PAGE_NOACCESS,NULL);

4.9. Блокировка физической памяти RAM.

Функция VirtualLock заблокирует в оперативной памяти блок.

BOOL VirtualLock (

LPVOID lpAddress, // адрес начала памяти

SIZE_T dwSize // количество байтов

);

  if (LOWORD(wParam) == IDC_BUTTON5)//virtuallock

 {

     if(VirtualLock(p,4000))

    MessageBoxA(NULL,"Successfull VirtualLock!","Success",MB_OK);

 }

Если фиксация больше не нужна, то ее можно убрать функцией VirtualUnlock().

BOOL VirtualUnlock (

LPVOID lpAddress, // адрес начала памяти

SIZE_T dwSize // количество байтов

);

if (LOWORD(wParam) == IDC_BUTTON6)//virtualunlock

 {

     if(VirtualUnlock(p,4000))

     MessageBoxA(NULL,"Successfull VirtualUnLock!","Success",MB_OK);

            }

4.10. Стек потока.

Каждый новый поток получает свое собственное пространство стека, состоящее, и из виртуальной памяти в файле подкачки, и зарезервированной памяти. Система помещает одностраничные блоки из зарезервированной памяти стека, как требуется, до тех пор, пока стек не сможет больше расти. По умолчанию система резервирует 1Мбайт адресного пространства и передает ему 2 страницы физической памяти. Регион стека и вся физическая память, переданная ему, имеют атрибут защиты PAGE_READWRITE.

4.11. Кучи.

Куча (heap) представляет собой часть памяти, зарезервированную для программы для использования в качестве временного запоминающего устройства для структур данных, чей размер не может быть определен, пока программа не запущена. Функции работы с кучей позволяют процессу создавать свою собственную кучу. Далее процесс может использовать ряд функций для управления памятью кучи.

Функция HeapCreate создает объект собственной кучи.

HANDLE HeapCreate(  

 DWORD flOptions,  // атрибуты

 SIZE_T dwInitialSize, // начальный размер

 SIZE_T dwMaximumSize // конечный размер

);

Атрибутов всего два:

  1.  HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS - Говорит о том, что в случае ошибки нужно генерировать структурную исключительную ситуацию вместо возврата NULL.
  2.  HEAP_NO_SERIALIZE - указатель на то, что куча не должна синхронизировать доступ.

hHeap_fam=HeapCreate(HEAP_NO_SERIALIZE,sys_inf.dwPageSize,5*sys_inf.dwPageSize);

Функция удаления кучи HeapDestroy:

BOOL HeapDestroy

(  

 HANDLE hHeap // указатель на кучу

);

   if(HeapDestroy(hHeap))

    MessageBoxA(NULL,"Heap is destroyed!","Success",MB_OK);

Создав кучу, есть возможность выделить в ней память.

LPVOID HeapAlloc

(  

 HANDLE hHeap, // указатель на кучу где можно выделить память

 DWORD dwFlags, // флаги

 SIZE_T dwBytes // обьем выделяемой памяти

);

Флаги могут быть следующие:

  1.  HEAP_GENERATE_ EXCEPTIONS - при ошибке будет исключение вместо NULL
  2.  HEAP_NO_SERIALIZE - доступ доложен быть не синхронизированный
  3.  HEAP_ZERO_MEMORY - установить содержимое выделяемой памяти в 0

p_heap=(char*)HeapAlloc(hHeap_fam,HEAP_NO_SERIALIZE,sys_inf.dwPageSize);

Для освобождения памяти используется функция HeapFree:

BOOL HeapFree

(  

 HANDLE hHeap, // указатель на кучу

 DWORD dwFlags, // флаги  

 LPVOID lpMem // указатель на память

);

if(HeapFree(hHeap,0,p))

MessageBoxA(NULL,"Heap is free!","Success",MB_OK);

 4.12. Стандартные библиотечные функции языка С.

Win32 приложения могут благополучно использовать возможности управления памятью библиотеки программ этапа исполнения языка Си (malloc, free и т.д.) и Си++ (new, delete и т.д.). Cистема вольна управлять памятью, перемещая страницы физической памяти без задействования виртуальных адресов. В связи с этим различие между ближними (near) и дальними (far) указателями больше не важно. Можно использовать стандартные библиотечные средства работы с памятью. При этом Win32 функции управления памятью предоставляют больше функциональных возможностей.

  1.  Результаты работы программного обеспечения

Рис 1.Результат работы программы

Выводы:

  1.  Функция HeapCreate создает объект собственной кучи.
  2.  Всем процессам в операционной системе Windows предоставляется важнейший ресурс – виртуальная память.
  3.  Для резервирования региона памяти в адресном пространстве процесса используется функция VirtualAlloc.
  4.  Функция VirtualProtect позволяет изменять атрибуты защиты в адресном пространстве текущего процесса.

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82244. Принципы «логики социальных наук» К. Поппера 30.45 KB
  Признание того что ценности в науке выражают ее социокультурную обусловленность становится определяющим в философии и методологии науки особенно социально гуманитарного знания. В этом отличие науки от социального знания кот субъективно. Поппер утверждает что и естественный и соц науки имеют общий научный метод познания основаны на доказательствах. Согласно Адорно нельзя уравнивать соц и естеств науки.
82245. Роль научной картины мира, стиля научного познания, философских категорий и принципов, представлений здравого смысла в исследовательском процессе социально-гуманитарных наук 33.42 KB
  Все больше возрастает значимость понятия картина мира для методологии соцгум наук а развитие соцгум наук в свою очередь все активнее вводит гум составляющую в НКМ. Понимание КМ в соцгум науках не возможно без ориентации на человека понимания его места в культуре в мире способов видения им мира. В КМ соцгум наук нет противопоставления субъектачеловека и объектамира описываются лишь типы понимания мира включающего самого человека.
82246. Внебиологическое понимание жизни. Социокультурное и гуманитарное содержание понятия жизни (А.Бергсон. В. Дильтей. Философская антропология) 46.85 KB
  Социокультурное и гуманитарное содержание понятия жизни А. Философская антропология Проблема жизни относится к тем научным проблемам которые имеют несомненный философский смысл и значение. вопрос о сущности жизни; вопрос о происхождении или вечности жизни.
82247. Познание и «переживание жизни» - основное содержание художественных произведений 57.65 KB
  Проблема жизни в ее преломлении к существованию человека привлекла внимание и философов гуманитарного склада что выразилось в появлении различного рода философий жизни экзистенциализм ницшеанство Дильтей и др. русский экзистенциализм абсолютизирующих отдельные стороны духовной жизни и психической деятельности человека. Державин в своей поэме Бог весьма образно характеризовал проблему человека: Частица целой я вселенной Поставлен мнится мне в почтенной Средине естества я той Где кончил тварей ты телесных Где начал ты духов...
82248. История как форма проявления жизни. Объективация жизни во времени. Жизнь как незавершаемая целостность.(О.Шпеннглер, Э. Гуссерль) 33.65 KB
  Объективация жизни во времени. Она может трактоваться в естественно-научном это форма движения материи психологическом это одухотворенность бытия историко-культурном это проявление жизни в разных эпохах биографическом жизнь отдельного человека и философском жизнь как благо смыслах. Она может изучаться с разных позиций например со стороны образа жизни людей стиля и манеры жизни повседневного жизненного мира человека со стороны продолжительности уровня качества жизни и т.
82249. Социальные и культурно- историческиеформы жизни:общее строение и иерархия уровней. Научные и вненаучные представления о формах жизни 41.6 KB
  Державин в своей поэме Бог весьма образно характеризовал проблему человека: Частица целой я вселенной Поставлен мнится мне в почтенной Средине естества я той Где кончил тварей ты телесных Где начал ты духов небесных И цепь существ связал всех мной. Во всех этих случаях отчетливо обнаруживаются две основные методологические тенденции в объяснении природы человека: редукционистская сводящая природу человека либо к биологической либо напротив к социальной его стороне и целостная системная понимающая природу человека как единое...
82250. Время как параметр физических событий и время как мера становления человеческого бытия (общее условие осуществления жизни) 34.6 KB
  Социальное время это продолжительность существования определенных общностей людей общественных явлений отдельных личностей а также социальных процессов. Время зависит также от самого отношения людей ко времени. В истории общества образы времени менялись так образ обратимого времени все возвращается на круги свои сменился на образ необратимого линейного времени время течет от прошлого к настоящему и от него к будущему.
82251. Объективное и субъективное время. Социальное и культурно-историческое время 32.58 KB
  Социальное и культурноисторическое время. В наст вр отмечает Микешина происходит концептуальная революция наука вновь открывает для себя время. В текстах проявляются и формируются и проявляются представления о времени социсторическое время.
82252. Переосмысление категорий пространства и времени в гуманитарном контексте (М.М. Бахтин). Введение понятия хронотопа как конкретного единства пространственно-временных характеристик 32.05 KB
  Бахтин. В гуманитарном познании Бахтина П и В проявляются как совершенно новая идея. Зная идеи о П и В Канта и Бергсона Бахтин находит свое видение этих категорий значимое для современного понимания природы темпоральности и пространственности в познании. Бахтин соединяет действующее сознание и все мыслимые пространственные и временные отношения в единый центр архетектоническое целое.