Windows 操作系統的使用

　　Windows 規(guī)定了這個限制條件，目的是為了確保內核對象結構保持狀態(tài)的一致。下面是關于Windows 操作系統的使用，希望大家認真閱讀!

　　1，進程虛擬地址空間

　　在windows操作系統中，每個進程都有自己的私有地址空間，因此一個進程的線程只能訪問屬于這個進程的內存空間，即進程之間是地址隔離的。在windows2000中，進程虛擬地址空間可分為如下四個部分：

　　1)NULL 區(qū) (0x00000000~0x0000FFFF): 如果進程中的一個線程試圖操作這個分區(qū)中的數據，CPU就會引發(fā)非法訪問。他的作用是，調用malloc等內存分配函數時，如果無法找到足夠的內存空間，它將返回NULL。而不進行安全性檢查。它只是假設地址分配成功，并開始訪問內存地址0x00000000(NULL)。由于禁止訪問內存的這個分區(qū)，因此會發(fā)生非法訪問現象，并終止這個進程的運行。

　　2)用戶模式分區(qū) ( 0x00010000~0xBFFEFFFF)：這個分區(qū)中存放進程的私有地址空間。一個進程無法以任何方式訪問另外一個進程駐留在這個分區(qū)中的數據(相同exe，通過copy-on-write來完成地址隔離)。(在windows中，所有.exe和動態(tài)鏈接庫都載入到這一區(qū)域。系統同時會把該進程可以訪問的所有內存映射文件映射到這一分區(qū))。

　　2)隔離區(qū) (0xBFFF0000~0xBFFFFFFF)：這個分區(qū)禁止進入。任何試圖訪問這個內存分區(qū)的操作都是違規(guī)的。微軟保留這塊分區(qū)的目的是為了簡化操作系統的現實。

　　3)內核區(qū) (0xC0000000~0xFFFFFFFF)：這個分區(qū)存放操作系統駐留的代碼。線程調度、內存管理、文件系統支持、網絡支持和所有設備驅動程序代碼都在這個分區(qū)加載。這個分區(qū)被所有進程共享。

　　一、在這一節(jié)，我們詳細討論一下用戶模式分區(qū)，用戶模式分區(qū)從地地址到高地址依次為：

　　1)代碼段，存放函數體的二進制代碼。

　　2)靜態(tài)數據區(qū)(分為以初始化數據段和未初始化數據段)全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結束后由系統釋放 。

　　3)堆，一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收 。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。

　　......(未映射部分)(這個部分包含各種導入的dll等)

　　4)棧， 由編譯器自動分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類似于數據結構中的棧。

　　二、下面詳細介紹exe導入到執(zhí)行的全過程，以及地址空間的加載。

　　1)系統找到在調用CreateProcess時指定的exe文件。

　　2)系統創(chuàng)建一個新進程的內核對象。

　　3)系統為這個新進程創(chuàng)建一個私有的地址空間。

　　4)系統保留一個足夠大的地址空間區(qū)域，用來存放exe文件。這個區(qū)域的位置在exe文件中設定。默認情況下，exe文件的基地址是0x0400000. (1.編譯器處理每個源代碼模塊，生成obj文件。2.鏈接程序將所有obj模塊的內容組合在一起，生成一個單獨的可執(zhí)行映射文件即exe,該映射文件包含用于可執(zhí)行模塊的所有二進制代碼以及全局/靜態(tài)數據變量，同時也包含一個導入部分，列出了該可執(zhí)行模塊所需要的所有dll模塊的名字，對于每個列出的 dll名，該導入部分指明了那些函數和變量符號是被可執(zhí)行的二進制代碼所引用的)

　　5)在將exe文件映射到進程的地址空間之后，系統會訪問exe 文件中的一個段(這個段列出了一些DLL文件)，并列出exe文件代碼中調用函數dll文件的部分。然后，系統為每個dll文件調用loadlibrary函數，如果某個dll文件需要調用更多的 dll，那么系統會再次調用loadlibrary函數，來加載這個dll。系統保留一個足夠大的地址空間區(qū)域，用來存放這個dll文件。默認情況下，微軟創(chuàng)建dll文件基地址0x10000000。 windows提供的所有標準系統dll都有不同的基地址，這樣，即使加載到單個地址空間，他們之間也不會重疊。(1.編譯器處理每個源代碼模塊，生成一個obj模塊。2.鏈接程序將所有obj模塊的內容組合在一起，生成一個單獨的dll映像文件，該映像文件包含用于dll的所有二進制代碼以及全局/靜態(tài)數據變量。3.如果鏈接程序檢查到dll的源代碼模塊至少導出了一個函數或變量，則鏈接程序同時生成一個單獨的lib文件，這個lib文件很小，只是簡單地列出了所有被導出的函數和變量的符號名)

　　6)當把所有的exe文件和dll文件都映射到進程的地址空間之后，系統就會創(chuàng)建一個線程內核對象，并使用該線程以DLL_PROCESS_ATTACH為參數來調用每個DLL的DllMain函數，當所有映射的DLL都對此通知做出相應后，系統將驅使主線程開始執(zhí)行exe文件的啟動代碼(winmainCRTStartup 函數)，這個函數負責對c/c++運行時庫進行初始化和調用函數入口函數(main 或 winmain)。

　　下面強調一些dll和lib的加載區(qū)別：

　　dll允許可執(zhí)行模塊(.dll文件或.exe文件)僅包含在運行時定位DLL函數的可執(zhí)行代碼所需的信息(即將dll附帶的lib加載到可執(zhí)行模塊中)。

　　對于lib文件，鏈接器從靜態(tài)鏈接庫LIB獲取所有被引用函數，并將庫同代碼一起放到可執(zhí)行文件中。

　　三、堆和棧的理論知識

　　3.1申請方式

　　stack: 由系統自動分配。 例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中為b開辟空間

　　heap: 需要程序員自己申請，并指明大小，在c中malloc函數 ，在C++中用new運算符 。

　　3.2 申請后系統的響應

　　棧：只要棧的剩余空間大于所申請空間，系統將為程序提供內存，否則將報異常提示棧溢出。

　　堆：首先應該知道操作系統有一個記錄空閑內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，

　　會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大于所申請空間的堆結點，然后將該結點從空閑結點鏈表中刪除，并將該結點的空間分配給程序，另外，對于大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，由于找到的堆結點的大小不一定正好等于申請的大小，系統會自動的將多余的那部分重新放入空閑鏈表中。

　　3.3申請大小的限制

　　棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續(xù)的內存的區(qū)域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規(guī)定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M(也有的說是1M，總之是一個編譯時就確定的常數)，如果申請的空間超過棧的剩余空間時，將提示overflow。因此，能從棧獲得的空間較小。

　　堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續(xù)的內存區(qū)域。這是由于系統是用鏈表來存儲的空閑內存地址的，自然是不連續(xù)的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限于計算機系統中有效的虛擬內存。由此可見，堆獲得的空間比較靈活，也比較大。

　　3.4申請效率的比較：

　　棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是無法控制的。

　　堆是由new分配的內存，一般速度比較慢，而且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.

　　另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。但是速度快，也最靈活。

　　3.5堆和棧中的存儲內容

　　棧： 在函數調用時，第一個進棧的是主函數中后的下一條指令(函數調用語句的下一條可執(zhí)行語句)的地址，然后是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，然后是函數中的局部變量。注意靜態(tài)變量是不入棧的。

　　當本次函數調用結束后，局部變量先出棧，然后是參數，最后棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續(xù)運行。

　　堆：一般是在堆的頭部用一個字節(jié)存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

　　3.6 “棧(stack)”和“堆(heap)”是兩種不同的動態(tài)數據區(qū)，棧是一種先進后出的線性結構，棧頂地址總是小于等于棧的基地址。堆是一種鏈式結構。進程的每個線程都有私有的“棧”，所以每個線程雖然代碼一樣，但本地變量的數據都是互不干擾。一個堆�？梢酝ㄟ^“基地址”和“棧頂”地址來描述。全局變量和靜態(tài)變量分配在靜態(tài)數據區(qū)，本地變量分配在動態(tài)數據區(qū)，即堆棧中。程序通過堆棧的基地址和偏移量來訪問本地變量。

　　四、下面說明一下啊函數的調用堆棧變換，來更好的理解堆棧的原理。(VS2005測試)

　　壓棧的順序是從高地址向低地址方向。

　　1)參數以從右到左的次序壓入堆棧。

　　2)壓入EBP的值(書上分析這個位置插入一個函數返回指令地址，但分析時沒有發(fā)現因為間隔只有4個字節(jié))

　　3)壓入局部變量

　　4)返回值放入EAX寄存器中。因為win32匯編一般用eax返回結果 所以如果最終結果不是在eax里面的話 還要把它放到eax。所以返回值的釋放過程在參數之后進行。

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