包含windows操作系统内存分配的词条

Windows 操作系统的使用

Windows 操作系统的使用

Windows 规定windows操作系统内存分配了这个限制条件windows操作系统内存分配，目的是为了确保内核对象结构保持状态的一致。下面是关于Windows 操作系统的使用，希望大家认真阅读!

1，进程虚拟地址空间

在windows操作系统中，每个进程都有自己的私有地址空间，因此一个进程的线程只能访问属于这个进程的内存空间，即进程之间是地址隔离的。在windows2000中，进程虚拟地址空间可分为如下四个部分windows操作系统内存分配：

1)NULL 区 (0x00000000~0x0000FFFF): 如果进程中的一个线程试图操作这个分区中的数据，CPU就会引发非法访问。他的作用是，调用malloc等内存分配函数时，如果无法找到足够的内存空间，它将返回NULL。而不进行安全性检查。它只是假设地址分配成功，并开始访问内存地址0x00000000(NULL)。由于禁止访问内存的这个分区，因此会发生非法访问现象，并终止这个进程的运行。

2)用户模式分区 ( 0x00010000~0xBFFEFFFF)windows操作系统内存分配：这个分区中存放进程的私有地址空间。一个进程无法以任何方式访问另外一个进程驻留在这个分区中的数据(相同exe，通过copy-on-write来完成地址隔离)。(在windows中，所有.exe和动态链接库都载入到这一区域。系统同时会把该进程可以访问的所有内存映射文件映射到这一分区)。

2)隔离区 (0xBFFF0000~0xBFFFFFFF)：这个分区禁止进入。任何试图访问这个内存分区的操作都是违规的。微软保留这块分区的目的是为了简化操作系统的现实。

3)内核区 (0xC0000000~0xFFFFFFFF)：这个分区存放操作系统驻留的代码。线程调度、内存管理、文件系统支持、网络支持和所有设备驱动程序代码都在这个分区加载。这个分区被所有进程共享。

一、在这一节，windows操作系统内存分配我们详细讨论一下用户模式分区，用户模式分区从地地址到高地址依次为：

1)代码段，存放函数体的二进制代码。

2)静态数据区(分为以初始化数据段和未初始化数据段)全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放 。

3)堆，一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。

......(未映射部分)(这个部分包含各种导入的dll等)

4)栈， 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。

二、下面详细介绍exe导入到执行的全过程，以及地址空间的加载。

1)系统找到在调用CreateProcess时指定的exe文件。

2)系统创建一个新进程的内核对象。

3)系统为这个新进程创建一个私有的地址空间。

4)系统保留一个足够大的地址空间区域，用来存放exe文件。这个区域的位置在exe文件中设定。默认情况下，exe文件的基地址是0x0400000. (1.编译器处理每个源代码模块，生成obj文件。2.链接程序将所有obj模块的内容组合在一起，生成一个单独的可执行映射文件即exe,该映射文件包含用于可执行模块的所有二进制代码以及全局/静态数据变量，同时也包含一个导入部分，列出了该可执行模块所需要的所有dll模块的名字，对于每个列出的 dll名，该导入部分指明了那些函数和变量符号是被可执行的二进制代码所引用的)

5)在将exe文件映射到进程的地址空间之后，系统会访问exe 文件中的一个段(这个段列出了一些DLL文件)，并列出exe文件代码中调用函数dll文件的部分。然后，系统为每个dll文件调用loadlibrary函数，如果某个dll文件需要调用更多的 dll，那么系统会再次调用loadlibrary函数，来加载这个dll。系统保留一个足够大的地址空间区域，用来存放这个dll文件。默认情况下，微软创建dll文件基地址0x10000000。 windows提供的所有标准系统dll都有不同的基地址，这样，即使加载到单个地址空间，他们之间也不会重叠。(1.编译器处理每个源代码模块，生成一个obj模块。2.链接程序将所有obj模块的内容组合在一起，生成一个单独的dll映像文件，该映像文件包含用于dll的所有二进制代码以及全局/静态数据变量。3.如果链接程序检查到dll的源代码模块至少导出了一个函数或变量，则链接程序同时生成一个单独的lib文件，这个lib文件很小，只是简单地列出了所有被导出的函数和变量的符号名)

6)当把所有的exe文件和dll文件都映射到进程的地址空间之后，系统就会创建一个线程内核对象，并使用该线程以DLL_PROCESS_ATTACH为参数来调用每个DLL的DllMain函数，当所有映射的DLL都对此通知做出相应后，系统将驱使主线程开始执行exe文件的启动代码(winmainCRTStartup 函数)，这个函数负责对c/c++运行时库进行初始化和调用函数入口函数(main 或 winmain)。

下面强调一些dll和lib的加载区别：

dll允许可执行模块(.dll文件或.exe文件)仅包含在运行时定位DLL函数的可执行代码所需的信息(即将dll附带的lib加载到可执行模块中)。

对于lib文件，链接器从静态链接库LIB获取所有被引用函数，并将库同代码一起放到可执行文件中。

三、堆和栈的理论知识

3.1申请方式

stack: 由系统自动分配。 例如，声明在函数中一个局部变量 int b; 系统自动在栈中为b开辟空间

heap: 需要程序员自己申请，并指明大小，在c中malloc函数 ，在C++中用new运算符 。

3.2 申请后系统的响应

栈：只要栈的剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则将报异常提示栈溢出。

堆：首先应该知道操作系统有一个记录空闲内存地址的链表，当系统收到程序的申请时，

会遍历该链表，寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的'空间分配给程序，另外，对于大多数系统，会在这块内存空间中的首地址处记录本次分配的大小，这样，代码中的delete语句才能正确的释放本内存空间。另外，由于找到的堆结点的大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动的将多余的那部分重新放入空闲链表中。

3.3申请大小的限制

栈：在Windows下,栈是向低地址扩展的数据结构，是一块连续的内存的区域。这句话的意思是栈顶的地址和栈的最大容量是系统预先规定好的，在WINDOWS下，栈的大小是2M(也有的说是1M，总之是一个编译时就确定的常数)，如果申请的空间超过栈的剩余空间时，将提示overflow。因此，能从栈获得的空间较小。

堆：堆是向高地址扩展的数据结构，是不连续的内存区域。这是由于系统是用链表来存储的空闲内存地址的，自然是不连续的，而链表的遍历方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于计算机系统中有效的虚拟内存。由此可见，堆获得的空间比较灵活，也比较大。

3.4申请效率的比较：

栈由系统自动分配，速度较快。但程序员是无法控制的。

堆是由new分配的内存，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便.

另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配内存，他不是在堆，也不是在栈是直接在进程的地址空间中保留一快内存，虽然用起来最不方便。但是速度快，也最灵活。

3.5堆和栈中的存储内容

栈： 在函数调用时，第一个进栈的是主函数中后的下一条指令(函数调用语句的下一条可执行语句)的地址，然后是函数的各个参数，在大多数的C编译器中，参数是由右往左入栈的，然后是函数中的局部变量。注意静态变量是不入栈的。

当本次函数调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的地址，也就是主函数中的下一条指令，程序由该点继续运行。

堆：一般是在堆的头部用一个字节存放堆的大小。堆中的具体内容有程序员安排。

3.6 “栈(stack)”和“堆(heap)”是两种不同的动态数据区，栈是一种先进后出的线性结构，栈顶地址总是小于等于栈的基地址。堆是一种链式结构。进程的每个线程都有私有的“栈”，所以每个线程虽然代码一样，但本地变量的数据都是互不干扰。一个堆栈可以通过“基地址”和“栈顶”地址来描述。全局变量和静态变量分配在静态数据区，本地变量分配在动态数据区，即堆栈中。程序通过堆栈的基地址和偏移量来访问本地变量。

四、下面说明一下啊函数的调用堆栈变换，来更好的理解堆栈的原理。(VS2005测试)

压栈的顺序是从高地址向低地址方向。

1)参数以从右到左的次序压入堆栈。

2)压入EBP的值(书上分析这个位置插入一个函数返回指令地址，但分析时没有发现因为间隔只有4个字节)

3)压入局部变量

4)返回值放入EAX寄存器中。因为win32汇编一般用eax返回结果 所以如果最终结果不是在eax里面的话 还要把它放到eax。所以返回值的释放过程在参数之后进行。

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相关问答

Q1: 内存分配失败的原因

内存分配失败的原因

内存不是永远都招之即来、用之不尽的，有时候内存分配也会失败。下面是我整理的内存分配失败的原因，希望对你有帮助!

程序需要一块内存用以保存数据时，就需要调用操作系统提供的功能函数来申请，如果内存分配成功，函数就会将所新开辟的内存区地址返回给应用程序，应用程序就可以通过这个地址使用这块内存。这就是动态内存分配，内存地址也就是编程中的'指针。

内存不是永远都招之即来、用之不尽的，有时候内存分配也会失败。当分配失败时系统函数会返回一个0值，这时返回值0已不表示新启用的指针，而是系统向应用程序发出的一个通知，告知出现了错误。作为应用程序，在每一次申请内存后都应该检查返回值是否为0，如果是，则意味着出现了故障，应该采取一些措施挽救，这就增强了程序的健壮性。

若应用程序没有检查这个错误，它就会按照思维惯性认为这个值是给它分配的可用指针，继续在之后的运行中使用这块内存。真正的0地址内存区保存的是计算机系统中最重要的中断描述符表，绝对不允许应用程序使用。在没有保护机制的操作系统下(如DOS)，写数据到这个地址会导致立即死机，而在健壮的操作系统中，如Windows等，这个操作会马上被系统的保护机制捕获，其结果就是由操作系统强行关闭出错的应用程序，以防止其错误扩大。这时候，就会出现上述的写内存错误，并指出被引用的内存地址为0x00000000。

内存分配失败故障的原因很多，内存不够、系统函数的版本不匹配等都可能有影响。因此，这种分配失败多见于操作系统使用很长时间后，安装了多种应用程序(包括无意中安装的病毒程序)，更改了大量的系统参数和系统文件之后。 ;

Q2: 我想问下，内存的逻辑地址是不是由操作系统（如：windows linux)来分配的啊？谢谢

windows内存windows操作系统内存分配的逻辑地址是由操作系统分配的windows操作系统内存分配，当程序装入内存时,操作系统要为之分配一个合适的内存空间,程序逻辑地址与所分配到的内存物理地址编号是不一致的

，线性地址(Linear Address) 是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。

Linux内核程序占据在物理内存的开始部分，接下来是供硬盘等块设备使用的高速缓冲区部分（其中要扣除显卡内存和ROM BIOS所占用的内存地址范围）

当一个进程需要读取块设备中的数据时，系统会首先把数据读到高速缓冲区中。当有数据需要写到块设备上去时，系统也是先将数据放到高速缓冲区中，然后由块设备驱动程序写到相应的设备上。内存的最后部分是可供所有程序随时申请和使用的主内存区。内核在使用主内存区时，首先要向内核内存管理模块提出申请，并在申请成功后方能使用。

Q3: win 10 运行某些程序出现内存分配失败

0X000000该内存不能为read written的解决方法

出现这个现象有方面的，一是硬件，即内存方面有问题，二是软件，这就有多方面的问题了。

一：先说说硬件：

一般来说，电脑硬件是很不容易坏的。内存出现问题的可能性并不大（除非你的内存真的是杂牌的一塌徒地），主要方面是：1。内存条坏了（二手内存情况居多）、2。使用了有质量问题的内存，3。内存插在主板上的金手指部分灰尘太多。4。使用不同品牌不同容量的内存，从而出现不兼容的情况。5。超频带来的散热问题。你可以使用MemTest 这个软件来检测一下内存，它可以彻底的检测出内存的稳定度。

二、如果都没有，那就从软件方面排除故障了。

先说原理：内存有个存放数据的地方叫缓冲区，当程序把数据放在缓冲区，需要操作系统提供的“功能函数”来申请，如果内存分配成功，函数就会将所新开辟的内存区地址返回给应用程序，应用程序就可以通过这个地址使用这块内存。这就是“动态内存分配”，内存地址也就是编程中的“光标”。内存不是永远都招之即来、用之不尽的，有时候内存分配也会失败。当分配失败时系统函数会返回一个0值，这时返回值“0”已不表示新启用的光标，而是系统向应用程序发出的一个通知，告知出现了错误。作为应用程序，在每一次申请内存后都应该检查返回值是否为0，如果是，则意味着出现了故障，应该采取一些措施挽救，这就增强了程序的“健壮性”。若应用程序没有检查这个错误，它就会按照“思维惯性”认为这个值是给它分配的可用光标，继续在之后的执行中使用这块内存。真正的0地址内存区储存的是计算机系统中最重要的“中断描述符表”，绝对不允许应用程序使用。在没有保护机制的操作系统下(如DOS)，写数据到这个地址会导致立即当机，而在健壮的操作系统中，如Windows等，这个操作会马上被系统的保护机制捕获，其结果就是由操作系统强行关闭出错的应用程序，以防止其错误扩大。这时候，就会出现上述的内存不能为“read”错误，并指出被引用的内存地址为“0x00000000“。内存分配失败故障的原因很多，内存不够、系统函数的版本不匹配等都可能有影响。因此，这种分配失败多见于操作系统使用很长时间后，安装了多种应用程序(包括无意中“安装”的病毒程序)，更改了大量的系统参数和系统档案之后。

Q4: 求解释windows操作系统物理内存和虚拟内存的工作原理及重要结论

我们知道每个Windows进程都拥有4G的地址空间，但是你的机器显然没有4G的物理内存。

在多任务环境下，所有进程使用的内存总和可以超过计算机的物理内存。

在特定的情况下，进程的一部分可能会从物理内存中删除而被暂存在硬盘的文件里(pagefile)，当进程试图访问这些被交换到pagefile里的内存的时候，系统会产生一个缺页中断(page

fault)，这时候Windows内存管理器会负责把对应的内存页重新从硬盘调入物理内存。

注意：

1）在某个时间内，一个进程可以直接访问到的物理内存（不发生缺页中断）叫做这个进程的Working

Set；

2）而一个进程从4G的地址空间当中实际分配(commit)了的、可访问的内存称为Committed

Virtual

Memory。

3）Committed

VM可能存在于Page

File当中，WorkingSet则一定位于物理内存。

Mem

Usage这个名字多少有些误导。它只表示这个进程当前占用的物理内存，也就是WorkingSet。WorkingSet不表示进程当前“占用”的所有虚拟内存，该进程可能还有一部分数据被交换到pagefile当中。这些数据只有在被访问的时候才会被加载到物理内存。

Task

Manager有另一列数据：VM

Size，表示了一个进程分配的虚存(Committed

Visual

Memory)—实际的定义要比这个复杂一些，但我们可以暂时看成“一个进程分配的虚存”。

当一个Windows程序被最小化的时候，Windows内存管理器把该进程的WorkingSet减到最小（根据先进先出FIFO或者最近最少使用LRU），把大部分数据交换到pagefile里。

这很容易理解：我们通常总是希望为前台的应用程序留出更多物理内存，从而具有更好的性能。当该程序从最小化恢复的时候，Windows也不会完全加载程序的所有虚存，只是加载了必要的部分。这也很容易理解：程序启动阶段的代码通常在启动之后很少访问（对.NET程序尤其如此，向fusion这样的模块在程序正常加载之后如果没有用到Reflection通常用不到）。

但是在虚存的问题上却没这么简单。如果WorkingSet太小，程序运行过程中会产生很多缺页中断，这会严重影响程序的性能。另一方面，WorkingSet太大会浪费“宝贵的”物理内存，降低整个系统的性能。

通常情况下（除非是对性能非常敏感的应用程序，并且你对Windows的内存管理了如指掌），建议不要在程序中自己调整WorkingSet的大小，而把这个任务交给Windows内存管理器

我们知道DLL的一个特点是代码共享，以NTDLL.DLL为例，整个Windows系统的几乎所有应用程序（具体地说，Win32子系统的所有程序）都需要引用NTDLL.DLL，如果每人一份，光这个文件就的占用几十兆内存。

Windows地解决办法是只在物理内存中保存一份NTDLL.DLL的COPY，所有引用这个DLL的程序都把这一份COPY映射到自己的内存空间里面，共享NTDLL.DLL的代码段（每个进程的数据段仍然是独立的）。

所以虽然NTDLL.DLL的大小被计算在你的程序的WorkingSet里面，但是从你的程序中去掉对这个DLL的引用并不会真的释放多少物理内存——你不用，别人还在用呢！

所以，你的程序“独占”的物理内存远没有Mem

Usage所表示的那么多，需要从Mem

Usage里面扣除很多Shared

Code

Page

(vadump里面可以看到）。

重要结论：

不要参考Task

Manager的Mem

Usage数据，那个数据的大小对程序性能没有直接影响。

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