實驗3windows虛擬內存(已修改)

　

【正文】 實驗3 Windows虛擬內存(一)、虛擬內存1 背景知識在Windows環境下，32位Windows系統中,232=4GB的虛擬地址空間被劃分成兩個部分：低端2GB提供給進程使用，高端2GB提供給系統使用。這意味著用戶的應用程序代碼，包括DLL以及進程使用的各種數據等，都裝在用戶進程地址空間內(低端2GB)。用戶過程的虛擬地址空間也被分成三部分：1)虛擬內存的已調配區(mitted)：具有備用的物理內存，根據該區域設定的訪問權限，用戶可以進行寫、讀或在其中執行程序等操作。2)虛擬內存的保留區(reserved)：沒有備用的物理內存，但有一定的訪問權限o 3)虛擬內存的自由區(free)：不限定其用途，有相應的PAGE_NOACCESS權限。與虛擬內存區相關的訪問權限告知系統進程可在內存中進行何種類型的操作。例如，用戶不能在只有PAGE_READONLY權限的區域上進行寫操作或執行程序；也不能在只有PAGE_EXECUTE權限的區域里進行讀、寫操作。而具有PAGE_NOACCESS權限的特殊區域，則意味著不允許進程對其地址進行任何操作。在進程裝入之前，整個虛擬內存的地址空間都被設置為只有PAGE_NOACCESS權限的自由區域。當系統裝入進程代碼和數據后，才將內存地址的空間標記為已調配區或保留區，并將諸如EXECUTE、READWRITE和READONLY的權限與這些區域相關聯。如表1所示，給出了MEMORY_BASIC_INFORMATION的結構，此數據描述了進程虛擬內存空間中一組虛擬內存頁面的當前狀態，其中State項表明這些區域是否為自由區、已調配區或保留區；Protect項則包含了Windows系統為這些區域添加了何種訪問保護；Type項則表明這些區域是可執行圖像、內存映射文件還是簡單的私有內存。VirtualQueryEX()API能讓用戶在指定的進程中，對虛擬內存地址的大小和屬性進行檢測。Windows還提供了一整套能使用戶精確控制應用程序的虛擬地址空間的虛擬內存API。一些用于虛擬內存操作及檢測的API如表2所示。表1 MEMORY_BASIC_INFORMATION結構的成員成員名稱目 的PVOID BaseAddress虛擬內存區域開始處的指針PVOID AllocationBase如果這個特定的區域為子分配區的話，則為虛擬內存外面區域的指針；否則，此值與BaseAddress相同DWORD AllocationProtect虛擬內存最初分配區域的保護屬性。其可能值包括：PAGE_NOACCESS,PAGE_READONLY,PAGE_READWRITE和PAGE_EXECUTE_READDWORD RegionSize 虛擬內存區域的字節數DWORD State 區域的當前分配狀態。其可能值為MEM_COMMIT,MEM_FREE和MEM_RESERVEDW()RD Protect虛擬內存當前區域的保護屬性。可能值與AllocationProtect成員的相同DWORD Type虛擬內存區域中出現的頁面類型。可能值為MEM_IMAGE，MEM_ MAPPED和MEM_PRIVATE表2 虛擬內存的APIAPl名稱描 述VirtualQueryEx()通過填充MEMORY_BASIC_INFORMATION結構檢測進程內虛擬內存的區域VirtuaAlloc()保留或調配進程的部分虛擬內存，設置分配和保護標志VirtualFree()釋放或收回應用程序使用的部分虛擬地址VirtualProtect()改變虛擬內存區域保護規范VirtualLock() 防止系統將虛擬內存區域通過系統交換到頁面文件中VirtualUnlock()釋放虛擬內存的鎖定區域，必要時，允許系統將其交換到頁面文件中 提供虛擬內存分配功能的是VinualAlloc()API。該API支持用戶向系統要求新的虛擬內存或改變已分配內存的當前狀態。用戶若想通過VirtualAlloc()函數使用虛擬內存，可以采用兩種方式通知系統：1)簡單地將內存內容保存在地址空間內。2)請求系統返回帶有物理存儲區(RAM的空間或換頁文件)的部分地址空間。用戶可以用flAllocation Type參數(mit和reserve)來定義這些方式，用戶可以通知Windows按只讀、讀寫、不可讀寫、執行或特殊方式來處理新的虛擬內存。與VirtualAlloc()函數對應的是VirtualFree()函數，其作用是釋放虛擬內存中的已調配頁或保留頁。用戶可利用dwFreeType參數將已調配頁修改成保留頁屬性。VirtualProtect()是VirtualAlloc()的一個輔助函數，利用它可以改變虛擬內存區的保護規范。2 實驗目的1)通過實驗了解Windows內存的使用，學習如何在應用程序中管理內存，體會Windows應用程序內存的簡單性和自我防護能力。2)學習檢查虛擬內存空間或對其進行操作。3)了解Windows的內存結構和虛擬內存的管理，進而了解進程堆和Windows為使用內存而提供的一些擴展功能。3 實驗內容與步驟虛擬內存的檢測清單2所示的程序使用VirtualQueryEX()函數來檢查虛擬內存空間。步驟1：在“開始”菜單中單擊“程序”、 “Microsoft Visual Studio 6．0”、“MicrosoftVisualC++6．0”，進入VisualC++窗口。步驟2：運行以下程序清單清單2 檢測進程的虛擬地址空間includeincludeiostreamincludeincludeiomanippragma ment(lib,)//以可讀方式對用戶顯示保護的輔助方法。//保護標記表示允許應用程序對內存進行訪問的類型以及操作系統強制訪問的類型inline bool TestSet(DWORD dwTarget, DWORD dwMask){ return((dwTarget amp。 dwMask)==dwMask)。}define SHOWMASK(dwTarget,type)\ if(TestSet(dwTarget,PAGE_type))\{std::cout,type。}void ShowProtection(DWORD dwTarget){ SHOWMASK(dwTarget,READONLY)。 SHOWMASK(dwTarget,GUARD)。 SHOWMASK(dwTarget,NOCACHE)。 SHOWMASK(dwTarget,READWRITE)。 SHOWMASK(dwTarget,WRITECOPY)。 SHOWMASK(dwTarget,EXECUTE)。 SHOWMASK(dwTarget,EXECUTE_READ)。 SHOWMASK(dwTarget,EXECUTE_READWRITE)。 SHOWMASK(dwTarget,EXECUTE_WRITECOPY)。 SHOWMASK(dwTarget,NOACCESS)。}//遍歷整個虛擬內存并對用戶顯示其屬性的工作程序的方法void WalkVM(HANDLE hProcess){ //首先，獲得系統信息 SYSTEM_INFO si。 ::ZeroMemory(amp。si,sizeof(si))。 ::GetSystemInfo(amp。si)。 //分配要存放信息的緩沖區 MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi。 ::ZeroMemory(amp。mbi,sizeof(mbi))。 //循環整個應用程序地址空間 LPCVOID pBlock=(LPVOID)。 while(pBlock) { //獲得下一個虛擬內存塊的信息 if(::VirtualQueryEx( hProcess, //相關的進程 pBlock, //開始位置 amp。mbi, //緩沖區 sizeof(mbi))==sizeof(mbi)) //大小的確認 { //計算塊的結尾及其大小 LPCVOID pEnd=(PBYTE)pBlock+。 TCHAR szSize[MAX_PATH]。 ::StrFormatByteSize(,szSize,MAX_PATH)。 //顯示塊地址和大小 std::(39。039。)。 std::coutstd::hexstd::setw(8)(DWORD)pBlock std::hexstd::setw(8)(DWORD)pEnd (strlen(szSize)==7?(:()szSize)。 //顯示塊的狀態 switch() { case MEM_COMMIT: std::cout,Committed。 break。 case MEM_FREE: std::cout,Free。 break。 case MEM_RESERVE: std::cout,Reserved。 break。 } //顯示保護 if(==0amp。amp。!=MEM_FREE) { =PAGE_READONLY。 } ShowProtection()。 //顯示類型 switch() { case MEM_IMAGE: std::cout,Image。 break。 case MEM_MAPPED: std::cout,Mapped。 break。 case MEM_PRIVATE: std::cout,Private。 break。 } //檢驗可執行的影像 TCHAR szFilename[MAX_PATH]。 if(::GetModuleFileName( (HMODULE)pBlock, szFilename, MAX_PATH)0) { //除去路徑并顯示 ::PathStripPath(szFilename)。 std::cout,Module:szFilename。 } std::coutstd::endl。 //移動塊指針以獲得下一個塊 pBlock=pEnd。 } }}void main(){ //遍歷當前進程的虛擬內存 ::WalkVM(::GetCurrentProcess())。}清單2中顯示一個WalkVM()函數開始于某個進程可訪問的最低端虛擬地址處，并在其中顯示各塊虛擬內存的特性。虛擬內存中的塊由VirtualQueryEx()APl定義成連續塊或具有相同狀態(自由區、已調配區等)的內存，并分配以一組統一的保護標志(只讀、可執行等)。回答下列問題：1) 分析運行結果mitted、reserved、free分別表示什么含義？_1)虛擬內存的已調配區(mitted)：具有備用的物理內存，根據該區域設定的訪問權限，用戶可以進行寫、讀或在其中執行程序等操作。2)虛擬內存的保留區(reserved)：沒有備用的物理內存，但有一定的訪問權限o 3)虛擬內存的自由區(free)：不限定其用途，有相應的PAGE_NOACCESS權限。___________________________________按mitted、reserved、free等三種虛擬地址空間分別記錄實驗數據，其中“描述”是指對該組數據的簡單描述，例如，對下列一組數據：00010000—000120008．00KBCommitted，READWRITE，Private可描述為：具有READWRITE權限的已調配私有內存區。將系統當前的自由區(free)虛擬地址空間填入表1中。（表格可以自己畫，通過把運行結果復制到word中文字轉換成表格）表1 實驗記錄0001200000020000( KB)FreeNOACCESS0002100000030000( KB)FreeNOACCESS0013300000140000( KB)FreeNOACCESS0027600000280000( KB)FreeNOACCESS002c1000002d0000( KB)FreeNOACCESS0031100000320000( KB)FreeNOACCESS0032600000330000( KB)FreeNOACCESS0037100000380000( KB)FreeNOACCESS00391000003a0000( KB)FreeNOACCESS003a1000003b0000( KB)FreeNOACCESS003c3000003d0000( KB)FreeNOACCESS