Виртуальная память системы

Виртуальная память компьютера: что такое, как устроена, как увеличить

Виртуальная память системы

Виртуальная память компьютера выступает в качестве дополнения к оперативной памяти и является частью оперативной памяти, расположенной на жестком диске. Пользователю компьютера это дает ощущение, что он имеет ОЗУ с неограниченным объемом.

Виртуальная память встречается практически во всех операционных системах, предназначенных для настольных компьютеров.

Системные требования многих прикладных программ растут очень быстрыми темпами от версии к версии.

И несмотря на то, что объем оперативной памяти, устанавливаемый на современные модели настольных компьютеров значительно вырос, все равно довольно часто возникает ситуация, когда его оказывается недостаточно.

Особенно в случаях, когда пользователь одновременно запускает несколько ресурсоемких программ. Отсюда возникает необходимость в наличии виртуальной памяти.

Что такое виртуальная память?

Скажем так, это технология, позволяющая прикладной программе «считать», что она имеет неограниченный объем и непрерывное адресное пространство памяти. Хотя на деле память физически фрагментирована и ее объем искусственно увеличен на жестком диске.

Системы, использующие виртуальную память, способны выполнять приложения превышающие возможности оперативной памяти с высокой скоростью и использовать физическую память более эффективно, чем без нее. Виртуальная память отличается от технологии виртуализации.

Как работает виртуальная память?

Это очень полезная и нужная технология, которая использует фактическое пространство винчестера, манипулируя данными с помощью операционной системы и перемещая их в случае необходимости из оперативной памяти на жесткий диск. Часть пространства на жестком диске действует как временный носитель. Операционная система определяет, какие данные и в каком месте сохранены и обеспечивает к ним быстрый доступ, позволяя работать системе максимально быстро.

Виртуальная память работает в координации с оперативной памятью, операционная система определяет, какие данные, находящиеся в оперативной памяти, сравнительно долго не используются системой и сбрасывают их в виртуальную память. В случае необходимости они могут быть перемешены обратно в оперативную память. Вторичные устройства хранения данных, такие как жесткий диск, имеет большую емкость хранения, но предоставляют очень медленный доступ к данным.

Как организована виртуальная память?

Виртуальная память использует технологию файла подкачки, либо сегментации.

Большинство систем используют таблицы страниц, для перевода виртуальных адресов в физические адреса, используемые процессором для выполнения инструкций.

Таблица страниц сохраняет записи для отображения виртуальных адресов в физические адреса. Системы могут иметь одну таблицу страниц для всей системы или отдельные таблицы страниц для каждой прикладной программы.

Таким образом, файл подкачки может быть определен, как процесс перемещения неактивных страниц виртуальной памяти на диск и восстановление их в оперативной памяти по запросу. Существуют различные алгоритмы, чтобы выбирать, какие страницы должны быть перенесены на жесткий диск и которые должны быть сохранены.

Очень немногие системы используют концепцию сегментации для реализации виртуальной памяти. В сегментации память делится на сегменты переменного размера. Номер сегмента и смещение внутри сегмента вместе образуют виртуальный адрес.

Если процессор хочет получить конкретный элемент данных, он сначала ищет для своего сегмента номер в сегменте таблицы, чтобы найти дескриптор (описание) сегмента. Дескриптор сегмента дает информацию, является ли смещение внутри сегмента меньше, чем длина отрезка, и если не генерируется прерывание, уведомляет о том, что сегмент найден.

Если процессор не может найти сегмент в основной памяти, он генерирует аппаратное прерывание запроса операционной системы, чтобы поменять сегмент. Затем операционная система ищет сегменты, которые не были в эксплуатации в течение длительного времени и меняет их, перемещая из оперативной памяти на жесткий диск, чтобы освободить место для новых сегментов для чтения.

Как увеличить виртуальную память?

Если вы хотите увеличить объем виртуальной памяти на своей системе, то ознакомьтесь с пошаговой инструкцией. (Для Windows XP):

    Откройте меню «Пуск», выберите команду «Панель управления» Выберите пункт «Производительность и обслуживание» Далее выберите «Система» Выбираем вкладку «Дополнительно» Выбираем секцию «Быстродействие» и нажимаем кнопку Параметры Выбираем вкладку «Дополнительно» В секции «Виртуальная память» нажимаем на кнопку «Изменить» В списке Диск [метка тома] выберите диск, содержащий файл подкачки, если вы хотите изменить размер его виртуальной памяти. Вы можете выбрать объем памяти, который хотите зарезервировать для виртуальной памяти, введя начальный и максимальный размер. Нажмите кнопку «Задать» Перезагрузите компьютер

Если вам кажется, что ваш компьютер работает слишком медленно, то увеличение виртуальной памяти не поможет, это может быть только результатом «пробуксовки».

Слишком частая перетасовка блоков виртуальной памяти между реальной памяти и дисков потребляет большую часть времени работы компьютера, тем самым вызывая пробуксовку.

Хотя и существует некоторые меры, оптимизирующие работу виртуальной памяти, все же лучшим решением будет увеличение объема оперативной памяти.

Источник: https://hardwareguide.ru/raznoe-2/virtualnaya-pamyat-kompyutera-chto-takoe-kak-ustroena-kak-uvelichit/

Виртуальная память: Что это и как ее увеличить?

Виртуальная память системы

Виртуальная память — что это?

Виртуальная память является подкачкой (дополнением) оперативной памяти. Она присутствует практически во всех операционных системах.

При запуске ресурсоемких программ у нас постоянно возникает потребность в виртуальной памяти. По этому сегодня мы рассмотрим подробный обзор «что это такое?» и как мы можем ее изменить в лучшую сторону.

Что такое виртуальная память?

Виртуальная память (Virtual Memory, ВП) — это метод управления памятью компьютера, использующий для работы файл подкачки (swap file). При недостатке существующего объема ОЗУ, позволяет запускать на ПК более ресурсозатратные программы. В таком случае данные приложения автоматически перемещаются между основной памятью и вторичным хранилищем.

Виртуальная память так же обладает рядом достоинств:

  • Работает полностью в автоматическом режиме и не требует от пользователя постоянного управления основным пространством.
  • Значительно повышает безопасность использования программного обеспечения (снижает вероятность вылетов, критического завершения работы, потери данных).
  • Позволяет запускать и использовать на ПК больше памяти, чем это доступно физически.

За счет ее использования компьютер способен изолировать запущенные процессы друг от друга и рационально распределять RAM. Она расходуется только для хранения активно используемых областей.

Виртуальная память может включать важные для пользователя пароли, логины и другую информацию. Эта возможность используется сотрудниками спецслужб и хакерами для получения доступа к остальным компонентам компьютера. Сделать это можно как аппаратно, так и системно.

Как узнать объем файла подкачки (swap file)

Файл подкачки хранится на винчестере компьютера. Если для работы устройства используется несколько жестких дисков, то он будет расположен на самом быстром из них. Определить объем ВП можно с использованием стандартных средств Windows или специального софта.

Системный монитор

Размер свапа подкачки можно узнать через штатную утилиту «Системный монитор».

Для этого:

  • Откройте меню «Пуск» и начните вводить название приложения для мониторинга.
  • Появится новое окно. Здесь вы найдете основную информации о свапе, пиковые значения подсчета обмена страниц, процент использования системой и размер.

При определении размера ВП система исходит не из объема ОЗУ, а из задач, которые выполняются на устройстве. Поэтому для определения размера необходимо запустить приложения и компоненты, которые обычно используются компьютером и посмотреть пиковое значение свапинга в течение этого сеанса. Он и будет определять величину файла подкачки.

Узнать объем ВП и другие параметры системы можно используя специальную утилиту Vmmap.exe. Она доступна для бесплатной загрузки на официальном сайте Microsoft и не требует установки. Поставляется в виде исполняемого файла, полностью на английском языке.

Dump File и его типы

Swap используется не только для расширения физической памяти, но и для создания аварийных дампов при возникновении «внештатных» аварийных ситуаций.

Как это работает:

  • Во время первоначального запуска системы, Windows создает и сохраняет на жестком диске специальную карту секторов, которые занимает на HDD свап.
  • Если происходит сбой, то операционная система изучает созданную карту на наличие неисправностей. В идеале она должна быть целостной. Если это так, то данные переписываются на винчестер и в свап по созданной карте секторов.
  • При следующем перезапуске компьютера SMSS анализирует ВП и проверяет его на наличие дампов, если он есть, то данные копируются из файла подкачки в специальный dump file. Дополнительно обновляется системный журнал. Поэтому открыв его можно узнать, была ли проведена эта операция.

Таким образом при автоматическом выборе размера свапа, Windows руководствуется настройками для создания аварийного дампа.

Загрузка и восстановление

Дампы можно разделить на 4 типа:

В него записывается все содержимое RAM на момент незапланированного завершения работы. С учетом этой информации файл подкачки должен иметь размер равный физической памяти компьютера +1 МБ (используется для создания записи в системном журнале).

Выбирается системой автоматически только в том случае, если общий объем физической памяти 4 ГБ и менее.

В него записывается только информация и память, выделенная для ядра операционной системы. Он занимает сравнительно меньше места и его объема достаточно, чтобы Windows могла определить причины аварийного завершения работы.

Выбирается по умолчанию, если размер RAM превышает 4 ГБ. При выборе дампа памяти ядра важно следить, чтобы минимальный размер для файла подкачки составлял хотя бы ⅓ от общего объема физической.

Записывает только самую необходимую информацию для выявления причин аварийного сбоя. Здесь находится стоп-код и описание самой ошибки, дополнительно указываются загруженные на устройство драйвера и перечень запущенных процессов.

Необходимый размер файла подкачки для него —не менее 2 Мб.

  • Автоматический дамп памяти.

Доступен только для операционных систем семейства Windows начиная от восьмерки и выше, либо Server 2012. Представляет собой аналог дампа ядра, но с тем отличием, что система может постоянно менять размер файла подкачки, позволяя ей выбирать оптимальный для работы вариант.

Размер свапа будет напрямую зависит от объема RAM и выбранного типа дампа. Дополнительно стоит учитывать и версию операционной системы. Это касается серверных и обычных сборок.

Как изменить Dump File

Перед тем, как менять размер виртуальной памяти, необходимо правильно определить и выбрать тип дампа. Сделать это можно используя штатные инструменты Windows. Для этого выполните следующие действия:

  • Правой кнопкой мыши кликните по значку «Мой компьютер» и выберите меню «Свойства». Найдите пункт «Дополнительные параметры». Откроются свойства системы.

Система

  • Попасть в них можно и другим способом. Откройте диалоговое меню: «Выполнить» и в нем наберите:

sysdm.cpl

  • На вкладке «Дополнительно» найдите категорию, которая посвящена загрузке и восстановлению системы. После чего нажмите на кнопку «Параметры».
  • В блоке «Отказ системы» найдите графу запись отладочной информации и выберите подходящий тип дампа. Для Windows 10 по умолчанию используется Автоматический.

Загрузка и восстановление

  • По желанию дамп можно отключить. Для этого в выпадающем списке выберите «Нет». После этого система не будет делать резервные копии.

Учтите, что это может привести к безвозвратной потери важных данных.

Нажмите «Ок», как только внесете все необходимые изменения, чтобы они вступили в силу. Как только тип дампа будет выбран, можно приступать к изменению объема виртуальной памяти.

Как изменить объем виртуальной памяти через быстродействие

Запустите системную утилиту «Выполнить» одновременным нажатием клавиш Windows+R или откройте ее через Пуск. После этого:

sysdm.cpl

и нажмите «Ок».

  • Перейдите на вкладку «Дополнительно» и найдите здесь категорию «Быстродействие».

Свойства системы

  • Кликните по серой кнопке «Параметры». Откроется новое окно. Здесь перейдите на вкладку «Дополнительно».
  • В нижней части экрана будет указан объем виртуальной памяти. Нажмите «Изменить», чтобы ввести другой параметр и увеличить, либо уменьшить размер файла подкачки.

Параметры быстродействия

По умолчанию система определяет размер полностью в автоматическом режиме. Это наиболее оптимальная опция для Windows. При изменении объема свапа вручную важно, чтобы новый размер виртуальной памяти был не менее существующего, в противном случае возможны сбои в работе ПК.

После увеличение размера свапа перезагрузка не требуется. Если же он был наоборот уменьшен, то устройство необходимо обязательно перезапустить.

Как добавить виртуальную память на Windows

Как правило, среднестатистическому пользователю достаточно того объема ВП, которая выделяется устройством автоматически. Если на ПК мало физической RAM, то увеличить ее объем можно за счет свапа.

Для этого:

  • Правой кнопкой мыши кликните по значку «Мой компьютер» и в выпадающем списке выберите графу «Свойства».
  • Откроется окно для работы с параметрами. В левой части экрана найдите надпись «Дополнительный параметры системы».

Для этого необходимы права администратора. При появлении запроса на ввод пароля, укажите его, после чего продолжите изменение параметров.

  • Здесь найдите «Быстродействие» и через меню «Параметры» откройте дополнительные свойства. На отразившейся вкладке выберите «Изменить» напротив «Виртуальная память».
  • Уберите галочку напротив графы «Автоматически выбирать объем файла подкачки». После этого станут доступны остальные пункты.

Параметры быстродействия

  • Выберите диск, на котором много свободного места и чьи ресурсы будут использоваться для создания файла подкачки.
  • Отметьте пункт «Указать размер», после чего добавьте значение в пустое поле. При этом число в поле «Максимальный» должно быть в 1,5 раза, чем в поле «Исходный».

Учитывайте, что объем измеряется здесь в МБ.

Как только закончите работу, подтвердите действия нажатием кнопки «Ок». Все изменения автоматически вступят в силу.

В некоторых случаях увеличение Virtual Memory помогает повысить скорость работы ПК, увеличить общее быстродействие.

Рекомендации по использованию виртуальной памяти

VMMAP — Sysinternals

Если вы не знаете, какой оптимальный объем для свапа выбрать и на что это будет влиять, то далее мы предлагаем ознакомиться вам с небольшими советами, которые помогут увеличить быстродействие ПК.

Итак, рассмотрим ряд советов:

  • Если на устройстве используется несколько HDD или SSD, то для свапа указывайте тот диск, который не являетсясистемным. Здесь не должна быть установлена операционная система. В итоге это значительно повысит общую скорость работы.
  • Создавать можно несколько файлов подкачки. Если вы используете дамп, то хотя бы один свап должен находиться на системном диске. Для всех остальных случаев делать это не обязательно.
  • Если у вас несколько винчестеров с разными физическими параметрами, то выбирать следует тот, который отличается лучшими показателями скорости работы. Узнать это можно из технических характеристик HDD.
  • Если жесткий диск разбит на несколько разделов, то для файла подкачки следует выбирать тот, который является основным (первым). К этому участку есть мгновенный доступ, что серьезно влияет на скорость работы.
  • Не бойтесь указать слишком большой размер для файла подкачки. Если физический размер HDD позволяет это сделать, то выделите ВП от 4 объемов от существующей RAM. Слишком низкий показатель может привести к появлению ошибок, критическому завершению работы некоторых приложений (с потерей данных).
  • Старайтесь ограничивать минимальный объем swap файла. Это позволит избежать его постоянной фрагментации. Если вы используете компьютер для работы с ресурсозатратным ПО или он работает в качестве сервера для хранения баз данных, то размер файла подкачки должен составлять 2-3 полных объема ОЗУ. Во всех остальных случаях он должен быть равен RAM или быть больше в 1,5 раза.

После манипуляций с настройками компьютера и изменением размера ВП лучше перезагрузить компьютер (хотя это не всегда обязательно) и запустить специальную утилиту для дефрагментации. Это поможет переместить его ближе к началу раздела, чтобы система получала к нему моментальный доступ.

Так же подробно про ВП можно посмотреть в видеоролике ниже:

В видео рассматривается оптимальный размер файла подкачки

Сегодня мы ответили на вопрос «Виртуальная память, что это? И для чего она нужна?». Она помогает значительно повысить быстродействие системы и используется для хранения информации при сбоях. По умолчанию объем файла подкачки регулируется Windows полностью в автоматическом режиме.

Если пользователь хочет указать его самостоятельно, то для этого необходимо учесть выбранный тип дампа (либо отключить его). Объем виртуальной памяти зависит от дампа и общего объема RAM.

Источник: https://nig.mirtesen.ru/blog/43036687408/Virtualnaya-pamyat:-CHto-eto-i-kak-ee-uvelichit

Виртуальная память компьютера. Как изменить объем памяти

Виртуальная память системы

В компьютере, как известно, есть оперативная память, используемая для хранения данных, которые нужны процессору в первую очередь, но есть также такое понятие, как виртуальная память компьютера.

Процессор постоянно решает какие-то задачи и все данные, которые нужны для его работы, помещаются в оперативную память и поскольку оперативная память имеет очень высокое быстродействие, то процессор также быстро получает доступ к необходимой информации.

Но оперативная память часто ограничена по размеру, так в домашних компьютерах, к примеру, размер ее редко превышает четыре гигабайта. Обычный размер оперативной памяти для ноутбуков, это 1 или 2 гигабайта.

Что такое виртуальная память компьютера

Для того, чтобы помочь компьютеру, несколько разгрузить оперативную память, операционная система Windows создает специальный файл, который в дальнейшем выполняет роль виртуальной памяти.

Этот файл называют также файлом подкачки – pagefile.sys, он располагаться на жестком диске компьютера и содержит атрибуты скрытый и системный.

Этот файл используется системой, чтобы хранить части программ и файлов, которые не умещаются в оперативной памяти, но необходимы для работы компьютера в данный момент.

По мере надобности Windows передает данные из файла виртуальной памяти в оперативную память и процессор получает таким образом быстрый доступ к этим данным.

Доступ к виртуальной памяти

Чтобы увидеть файл подкачки, заходим в программу Проводник и зайдем на диск С. Если отключено отображение скрытых файлов, то можно зайти в настройки программы Проводник, в меню – Упорядочить – Свойства – Параметры папок и поиска – Вид и откроется окошко Параметры папок.

Если собрана сеть, то доступ можно получить в Центре управления сетями и общим доступом. Тут опять же избираем Сервис – Параметры папок.

Откроется одноименное окно, выбираем в нем Вид и в Дополнительных параметрах снимаем пометку Скрывать защищенные системные файлы, а также нажимаем Показывать скрытые файлы, папки и диски. Жмем Применить.

Теперь на диске С появляются несколько папок и файлов, которые имеют атрибуты скрытый или системный. Здесь же можно увидеть файл pagefile.sys, который отмечен, как системный и его объем на данный момент составляет более 3 Гб.

По мере работы компьютера и запуска различных программ размер файла виртуальной памяти может увеличиваться. При этом можно увидеть, что размер свободного места на диске С непрерывно меняется.

В первую очередь это связано с тем, что работает виртуальная память, постоянно в нее помещаются какие-то файлы, фрагменты программ и поэтому этот файл постоянно изменяет свой размер.

Иногда при работе на компьютере может появиться сообщение о том, что недостаточно виртуальной памяти. Речь при этом идет как раз таки о том, что файл подкачки оказался мал.

При этом может быть две ситуации. Во-первых, место на диске С уменьшилось до таких размеров, что файл подкачки не может более увеличиваться в объеме.

Вторая ситуация, это файл подкачки ограничен в объеме пользователем и его не достаточно для хорошего функционирования  компьютера.

Если появилось сообщение о недостаточности виртуальной памяти, надо сначала проверить свободное место на системном диске, как правило, это диск С.

Свободное место на диске С требуется как для работы файла подкачки, так и для работы различных программ, поскольку они создают различные временные файлы, в большинстве случаев они затем удаляются, как только работа программы будет закончена.

Поэтому надо следить, чтобы на диске С постоянно было свободное место. Так при работе ОС Windows 7 его должно быть не менее 5 -7 Гб.

Объем современных жестких дисков исчисляется часто терабайтами, поэтому оставить достаточное свободное место на диске С проблем не составит.

Как изменить объем виртуальной памяти

Для изменения объема виртуальной памяти необходимо перейти из панели управления в окно Система или нажимаем клавиши Windows + Pause.

В окне Система переходим во вкладку Дополнительные параметры системы. Открывается окно Свойства системы и в нем есть блок Быстродействие.

Нажимаем на кнопку Параметры, откроется окошко Параметры быстродействия. Открываем вкладку Дополнительно, где есть раздел Виртуальная память.

Нажимаем здесь на кнопку Изменить. В открывшемся окне снимаем галочку Автоматически выбирать объем файла подкачки и отмечаем Указать размер вручную.

Если размер установлен автоматически, то операционная система будет изменять размер по своему желанию. Можно этот размер ограничить, допустим 3500 Мб.

В этом случае виртуальная память компьютера всегда будет одного размера и пространство на диске С не будет изменяться из-за файла подкачки.

Есть возможность также выбрать какой-то диапазон значений и тогда файл виртуальной памяти станет меняться в заданных пределах.

Можно установить опцию Без файла подкачки и тогда виртуальная память компьютера использоваться вообще не будет.

Тогда быстродействие операционной системы несколько повысится, потому как оперативная память работает намного быстрее, чем жесткий диск.

Но произойдет это только в том случае, если на компьютере установлено достаточно оперативной памяти.

Чаще всего файл подкачки отключить невозможно, поэтому указываем его величину вручную, либо оставляем галочку Автоматически изменять объем файла подкачки. Нажимаем OK и выбранные параметры вступают в силу после того, как компьютер будет перезагружен.

Источник: https://webentrance.ru/virtualnaya-pamyat-kompyutera/

Управление памятью

Виртуальная память системы

Аннотация: Виртуальная память. Реализация виртуальной памяти в Windows. Структура виртуального адресного пространства. Выделение памяти процессам. Дескрипторы виртуальных адресов. Трансляция адресов. Ошибки страниц. Пределы памяти.

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.

Название “виртуальная” произошло из-за того что процессу неизвестно реальное (физическое) расположение памяти – она может находиться как в оперативной памяти (ОЗУ), так и на диске.

Операционная система предоставляет процессу виртуальное адресное пространство (ВАП, virtual address space) определенного размера и процесс может работать с ячейками памяти по любым виртуальным адресам этого пространства, не “задумываясь” о том, где реально хранятся данные.

Размер виртуальной памяти теоретически ограничивается разрядностью операционной системы. На практике в конкретной реализации операционной системы устанавливаются ограничения ниже теоретического предела.

Например, для 32-разрядных систем (x86), которые используют для адресации 32 разрядные регистры и переменные, теоретический максимум составляет 4 ГБ (232 байт = 4 294 967 296 байт = 4 ГБ). Однако для процессов доступна только половина этой памяти – 2 ГБ, другая половина отдается системным компонентам.

В 64 разрядных системах (x64) теоретический предел равен 16 экзабайт (264 байт = 16 777 216 ТБ = 16 ЭБ). При этом процессам выделяется 8 ТБ, ещё столько же отдается системе, остальное адресное пространство в нынешних версиях Windows не используется.

Введение виртуальной памяти, во-первых, позволяет прикладным программистам не заниматься сложными вопросами реального размещения данных в памяти, во-вторых, дает возможность операционной системе запускать несколько процессов одновременно, поскольку вместо дорогого ограниченного ресурса – оперативной памяти, используется дешевая и большая по емкости внешняя память.

Схема реализации виртуальной памяти в 32-разрядной операционной системе Windows представлена на рис.11.1.

Как уже отмечалось, процессу предоставляется виртуальное адресное пространство размером 4 ГБ, из которых 2 ГБ, расположенных по младшим адресам (0000 0000 – 7FFF FFFF), процесс может использовать по своему усмотрению (пользовательское ВАП), а оставшиеся два гигабайта (8000 0000 – FFFF FFFF) выделяются под системные структуры данных и компоненты (системное ВАП)1. Отметим, что каждый процесс имеет свое собственное пользовательское ВАП, а системное ВАП для всех процессов одно и то же.

Рис. 11.1. Реализация виртуальной памяти в 32-разрядных Windows

Виртуальная память делится на блоки одинакового размера – виртуальные страницы. В Windows страницы бывают большие (x86 – 4 МБ, x64 – 2 МБ) и малые (4 КБ). Физическая память (ОЗУ) также делится на страницы точно такого же размера, как и виртуальная память. Общее количество малых виртуальных страниц процесса в 32 разрядных системах равно 1 048 576 (4 ГБ / 4 КБ = 1 048 576).

Обычно процессы задействуют не весь объем виртуальной памяти, а только небольшую его часть. Соответственно, не имеет смысла (и, часто, возможности) выделять страницу в физической памяти для каждой виртуальной страницы всех процессов.

Вместо этого в ОЗУ (говорят, “резидентно”) находится ограниченное количество страниц, которые непосредственно необходимы процессу.

Такое подмножество виртуальных страниц процесса, расположенных в физической памяти, называется рабочим набором процесса (working set).

Те виртуальные страницы, которые пока не требуются процессу, операционная система может выгрузить на диск, в специальный файл, называемый файлом подкачки (page file).

Каким образом процесс узнает, где в данный момент находится требуемая страница? Для этого служат специальные структуры данных – таблицы страниц (page table).

Рассмотрим, из каких элементов состоит виртуальное адресное пространство процесса в 32 разрядных Windows (рис.11.2).

В пользовательском ВАП располагаются исполняемый образ процесса, динамически подключаемые библиотеки (DLL, dynamic-link library), куча процесса и стеки потоков.

При запуске программы создается процесс (см. лекцию 6 “Процессы и потоки”), при этом в память загружаются код и данные программы (исполняемый образ, executable image), а также необходимые программе динамически подключаемые библиотеки (DLL). Формируется куча (heap) – область, в которой процесс может выделять память динамическим структурам данных (т. е.

структурам, размер которых заранее неизвестен, а определяется в ходе выполнения программы). По умолчанию размер кучи составляет 1 МБ, но при компиляции приложения или в ходе выполнения процесса может быть изменен. Кроме того, каждому потоку предоставляется стек (stack) для хранения локальных переменных и параметров функций, также по умолчанию размером 1 МБ.

Рис. 11.2. Структура виртуального адресного пространства

В системном ВАП расположены:

  • образы ядра (ntoskrnl.exe), исполнительной системы, HAL (hal.dll), драйверов устройств, требуемых при загрузке системы;
  • таблицы страниц процесса;
  • системный кэш;
  • пул подкачиваемой памяти (paged pool) – системная куча подкачиваемой памяти;
  • пул подкачиваемой памяти (nonpaged pool) – системная куча неподкачиваемой памяти;
  • другие элементы (см. [5]).

Переменные, в которых хранятся границы разделов в системном ВАП, приведены в [5, стр. 442]. Вычисляются эти переменные в функции MmInitSystem (файл base os\mm\mminit.

c, строка 373), отвечающей за инициализацию подсистемы памяти. В файле base os\mm\i386\mi386.

h приведена структура ВАП и определены константы, связанные с управлением памятью (например, стартовый адрес системного кэша MM_SYSTEM_CACHE_START, строка 199).

Существует несколько способов выделения виртуальной памяти процессам при помощи Windows API2. Рассмотрим два основных способа – с помощью функции VirtualAlloc и с использованием кучи.

1. WinAPI функция VirtualAlloc позволяет резервировать и передавать виртуальную память процессу.

При резервировании запрошенный диапазон виртуального адресного пространства закрепляется за процессом (при условии наличия достаточного количества свободных страниц в пользовательском ВАП), соответствующие виртуальные страницы становятся зарезервированными (reserved), но доступа к этой памяти у процесса нет – при попытке чтения или записи возникнет исключение. Чтобы получить доступ, процесс должен передать память зарезервированным страницам, которые в этом случае становятся переданными (commit).

Отметим, что резервируются участки виртуальной памяти по адресам, кратным значению константы гранулярности выделения памяти MM_ALLOCATION_GRANULARITY (файл base os\inc\mm.h, строка 54). Это значение равно 64 КБ. Кроме того, размер резервируемой области должен быть кратен размеру страницы (4 КБ).

WinAPI функция VirtualAlloc для выделения памяти использует функцию ядра NtAllocateVirtualMemory (файл base os\mm\allocvm.c, строка 173).

2. Для более гибкого распределения памяти существует куча процесса, которая управляется диспетчером кучи (heap manager).

Кучу используют WinAPI функция HeapAlloc, а также оператор языка C malloc и оператор C++ new.

Диспетчер кучи предоставляет возможность процессу выделять память с гранулярностью 8 байтов (в 32-разрядных системах), а для обслуживания этих запросов использует те же функции ядра, что и VirtualAlloc.

Дескрипторы виртуальных адресов

Для хранения информации о зарезервированных страницах памяти используются дескрипторы виртуальных адресов (Virtual Address Descriptors, VAD). Каждый дескриптор содержит данные об одной зарезервированной области памяти и описывается структурой MMVAD (файл base os\mm\mi.h, строка 3976).

Границы области определяются двумя полями – StartingVpn (начальный VPN) и EndingVpn (конечный VPN). VPN (Virtual Page Number) – это номер виртуальной страницы; страницы просто нумеруются, начиная с нулевой.

Если размер страницы 4 КБ (212 байт), то VPN получается из виртуального адреса начала страницы отбрасыванием младших 12 бит (или 3 шестнадцатеричных цифр).

Например, если виртуальная страница начинается с адреса 0x340000, то VPN такой страницы равен 0x340.

Дескрипторы виртуальных адресов для каждого процесса организованы в сбалансированное двоичное АВЛ дерево3 (AVL tree). Для этого в структуре MMVAD имеются поля указатели на левого и правого потомков: LeftChild и RightChild.

Для хранения информации о состоянии области памяти, за которую отвечает дескриптор, в структуре MMVAD содержится поле флагов VadFlags.

Источник: https://intuit.ru/studies/courses/10471/1078/lecture/16578

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.