Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Важным специальным случаем отображения файлов и разделения памяти являются динамически компонуемые библиотеки (dynamic linked libraries, DLL), обеспечивающие возможность отображения файлов (обычно, когда они используются только для чтения) на адресное пространство процесса для их выполнения.

В этой главе описывается система управления памятью и функции отображения файлов Windows, что иллюстрируется целым рядом примеров их использования, а также обсуждаются явно и неявно связанные библиотеки DLL.

Win32 (в данном случае различия между Win32 и Win64 становятся существенными) — это API 32-разрядных ОС семейства Windows. "32-разрядность" проявляет себя при адресации памяти тем, что указатели (LPSTR, LPDWORD и так далее) являются 4-байтовыми (32-битовыми) объектами. Win64 API предоставляет виртуальное адресное пространство гораздо большего объема, и 64-битовые указатели являются естественным результатом эволюции Win32. Тем не менее, о переносимости приложений на платформу Win64 необходимо заботиться отдельно. Настоящее обсуждение будет относиться только к Win32; вопросы миграции приложений на платформу Win64 обсуждаются в главе 16, где также приводятся ссылки на соответствующие источники информации.

Далее, в рамках Win32 у каждого процесса имеется собственное виртуальное адресное пространство объемом 4 Гбайт (2 32 байт). Разумеется, объем виртуального адресного пространства в Win64 гораздо больше. По крайней мере, половину указанного пространства (2-3 Гбайт; расширение до 3 Гбайт должно производиться во время загрузки) Win32 делает доступной для процесса. Оставшаяся часть виртуального адресного пространства выделяется для совместно используемых данных и кода, системного кода, драйверов и так далее.

Хотя детали описанного распределения памяти и заслуживают интереса, здесь они обсуждаться не будут; прикладные программы используют абстрактные модели памяти, предоставляемые API. С точки зрения программиста ОС просто предоставляет адресное пространство большого объема для размещения кода, данных и других ресурсов. В этой главе мы сосредоточим свое внимание на использовании средств управления памятью в Windows, не заботясь о том, как все это реализуется в ОС. Тем не менее, ниже приводится соответствующий краткий обзор.

Обо всех деталях отображения виртуальных адресов на физические адреса (virtual to physical memory mapping), механизмах страничной подкачки (page swapping) и замещения страниц по запросу (demand paging) и прочих моментах заботится ОС. Эти вопросы подробно обсуждаются в документации по ОС, а также в книге Соломона (Solomon) и Руссиновича (Russinovich) Inside Windows2000. Краткое изложение наиболее существенных сведений приводится ниже:

• Система может располагать сравнительно небольшим объемом физической памяти; на практике для всех систем, кроме Windows XP, необходимый минимум составляет 128 Мбайт, однако в типичных случаях доступные объемы физической памяти оказываются намного большими. [21] Цены на модули памяти постоянно снижаются, а "типичный" объем доступной памяти увеличивается, поэтому назвать, какой именно объем памяти является типичным, довольно затруднительно. Во время написания данной книги недорогие системы снабжались памятью объемом 128-256 Мбайт. В большинстве случаев такой памяти будет вполне достаточно, но она не является оптимальной для Windows XP. Для систем Windows Server 2003 требуемый объем памяти обычно гораздо больше указанного.

• Каждый отдельный процесс — а таких процессов, как пользовательских, так и системных, может выполняться одновременно несколько — имеет собственное виртуальное адресное пространство, объем которого может значительно превосходить объем доступного физического адресного пространства. Например, емкость виртуального адресного пространства объемом 1 Гбайт, относящегося к одному процессу, в восемь раз превышает емкость физической памяти объемом 128 Мбайт, и таких процессов может быть множество.

• ОС преобразует виртуальные адреса в физические адреса.

• Для большинства виртуальных страниц в физической памяти места не хватит, поэтому ОС имеет возможность реагировать на страничные ошибки (page faults), возникающие при попытках обращения к страницам, которые отсутствуют в памяти, и загружать данные с жесткого диска — из системного файла подкачки (swap file) или из обычного файла. Будучи прозрачными для программиста, страничные ошибки отрицательно влияют на производительность, поэтому программы должны проектироваться таким образом, чтобы вероятность возникновения подобных ошибок была сведена к минимуму. Более подробное освещение этой темы, рассмотрение которой выходит за рамки данной книги, вы найдете в справочной документации по ОС.