WIN32内存管理和文件系统

概述

WIN32程序每个进程都有4GB的虚拟空间，低2G为用户空间，是相互独立的，高2G为内核空间（从0x80000000开始的），所有进程共享。

x86架构将内存以每4KB为一页，称为页式管理，可供使用的物理内存：MmNumberOfPhysicalPages * 4 = 物理内存。用户空间不是真实存在的，只有需要使用它的时候操作系统才会在物理页上真正分配

对于不经常使用的物理页，操作系统会将其储存到虚拟内存（这个虚拟内存在硬盘上，不是用户的虚拟内存）上，再次需要访问时缺页异常，操作系统会处理异常为虚拟内存挂物理页。

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私有内存

私有内存只有特定的进程可以访问，独享物理页

LPVOID VirtualAlloc(
  //内存首地址
  LPVOID lpAddress,
  SIZE_T dwSize,
  //类型
  DWORD  flAllocationType,
  //初始保护属性
  DWORD  flProtect
);

内存大小一般分配为页的整数倍，一页为4KB，也就是0x1000，此处分配了2页内存。

当类型为MEM_RESERVE时，操作系统会分配线性地址，但不实际分配物理页，当为MEM_COMMIT时会分配物理页。保护属性可以允许内存是否可读，可写或可执行，具体宏可查看文档说明。

#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
#include<stdlib.h>

#define BUF_SIZE 0x1000

int main() {

  LPVOID p = VirtualAlloc(
    NULL,
    BUF_SIZE * 2,
    MEM_COMMIT,
    PAGE_READWRITE
  );

  //清空线性地址和物理页
  VirtualFree(p, 0, MEM_RELEASE);

  //保留线性地址，清空物理页
  //VirtualFree(p, BUF_SIZE * 2, MEM_COMMIT);

  system("pause");

  return 0;
}

C语言中的malloc和C++里的new（new就是malloc加上一个构造函数），并没有真正申请内存，new也是调用malloc实现的，反汇编跟踪malloc会发现其最终会调用HeapAlloc，并没有进内核。不管是堆还是栈本质上都是私有内存。

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映射内存

除了堆栈和VirtualAlloc分配的内存，其他的都是映射内存，所有进程都可以访问。

如果同名称内核对象已存在，其他进程通过OpenFileMapping也可以获取相同的mapfile内核对象，但关联线性地址之后返回的虚拟内存地址不一定相同。

#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
#include<stdlib.h>

#define BUF_SIZE 0x1000
#define MAPFILENAME TEXT("共享内存")

HANDLE g_hMapFile;
LPTSTR g_lpBuff;

int main() {

  /*
    // 创建物理页
  HANDLE CreateFileMappingA(
    //文件句柄，当为INVALID_HANDLE_VALUE时不关联文件
    HANDLE        hFile,
    //安全描述符
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpFileMappingAttributes,
    //物理页的保护模式
    DWORD         flProtect,
    //大小，高32位，64位程序需要用到
    DWORD         dwMaximumSizeHigh,
    //大小，底32位
    DWORD         dwMaximumSizeLow,
    //内核对象的名称
    LPCSTR        lpName
  );*/

  /*
   //将物理页与线性地址映射
  LPVOID MapViewOfFile(
    //fileMapping对象的句柄
    HANDLE hFileMappingObject,
    //线性地址的保护模式，只能比物理页的保护模式更严格，
    //在内核调试工具中显示的属性
    DWORD  dwDesiredAccess,
    //映射物理页的偏移，高32位，64位程序需要用到
    DWORD  dwFileOffsetHigh,
    //映射物理页的偏移，底32位
    DWORD  dwFileOffsetLow,
    //映射物理页的大小
    SIZE_T dwNumberOfBytesToMap
  ); */

  getchar();

  //内核对象，物理页
  g_hMapFile= CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, BUF_SIZE, MAPFILENAME);

  //将物理页与线性地址进行关联
  g_lpBuff = (LPTSTR)MapViewOfFile(g_hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, BUF_SIZE);

  *(PDWORD)g_lpBuff = 0x12345678;

  printf("%p", g_lpBuff);

  getchar();

  //关闭映射
  UnmapViewOfFile(g_lpBuff);

  //关闭句柄，当所有进程都不使用时，操作系统会将mapfile内核对象从物理页中清除。
  CloseHandle(g_hMapFile);

  return 0;
}

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文件系统

相关API索引

卷相关

// 返回值二进制从右往左分别标识A开始的卷是否存在
GetLogIcalDrives();
//获取一个卷的盘符的字符串 
GetLogIcalDriveStrings(buffsize,buf); 
//获取卷的类型
GetDriveType() 
//获取卷的详细信息
GetVolumeInformation(); 

文件夹相关

CreateDirectory();//创建目录
RemoveDirectory();//删除目录
MoveFile();	//修改目录名称.
GetCurrentDirectory(); //获取进程当前目录
SetCurrentDirectory(); //设置进程当前目录.

文件操作相关

CreateFile( ) //创建文件
DeleteFile();  //删除文件
CloseHandle();  //关闭文件句柄
GetFileSize();  //获取文件大小.
ReadFile();    //读文件
SetFilePointer(); //设置文件指针
WriteFile();    //写文件
CopyFile();   //拷贝文件
FindFirstFile(); //查找文件

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内存映射文件

将该文件通过物理页映射到虚拟内存，用虚拟内存对文件进行操作，不直接对本体进行IO操作，就像读写内存一样读写文件。操作大型文件时性能会很高。

#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
#include<stdlib.h>

#define MAPPINGNAME TEXT("共享内存")

DWORD mappingFile(LPCWSTR lpcFile) {
  HANDLE hFile;
  HANDLE hMapFile;
  DWORD dwFileMapSize;
  LPVOID lpAddr;

  //创建文件句柄
  hFile = CreateFile(
    lpcFile,
    GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
    0,
    NULL,
    OPEN_EXISTING,
    FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,
    NULL
  );

  if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE) {
    CloseHandle(hFile);
    printf("创建失败:%d\n", GetLastError());
    return 0;
  }

  //申请物理页
  hMapFile = CreateFileMapping(
    hFile,
    NULL,
    PAGE_READWRITE,
    0,
    0,
    MAPPINGNAME
  );

  if (hMapFile == NULL) {
    CloseHandle(hFile);
    printf("映射内存失败:%d\n", GetLastError());
    return 0;
  }

  //关联线性地址
  lpAddr = MapViewOfFile(hMapFile, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, 0);

  if (lpAddr == NULL) {
    CloseHandle(hFile);
    CloseHandle(hMapFile);
    printf("关联线性地址失败:%d\n", GetLastError());
    return 0;
  }


  //可以直接像读内存一样读取文件
  DWORD dwTest1 = *(PDWORD)lpAddr;
  DWORD dwTest2 = *(PDWORD)lpAddr + 0x1B8FC;
  printf("%x %x", dwTest1, dwTest2);

  //写入文件
  *(PDWORD)lpAddr = 0x41414141;

  /*
  强制刷新缓存
  否则只有在mapfile句柄关闭时才会改变文件，此处刷新4字节*/
  //FlushViewOfFile(lpAddr, 4);

  //关闭资源
  UnmapViewOfFile(lpAddr);
  CloseHandle(hMapFile);
  CloseHandle(hFile);

}


int main() {

  mappingFile(TEXT("C:\\t.exe"));

  return 0;
}

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写拷贝

MapViewOfFile关联线性地址时，如果第二个参数为FILE_MAP_COPY则为写拷贝，当写入文件时，操作系统会将一个副本放到一个新的物理页，从而不影响其他的进程。

调试工具下断点时本质上是将某一地址的指令修改为0xCC，如果不是写拷贝的话其他程序也会处于调试状态。

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