Windows內存管理學習筆記（二）—— 物理內存的管理

• • 物理內存
  • • 實驗一：理解MmNumberOfPhysicalPages
  • MmPfnDatabase
  • • _MMPFN
    • • 物理頁狀態
      • 六個鏈表
    • 實驗二：理解零化鏈表
    • 實驗三：查看進程占用的所有物理頁

物理內存

最大物理內存

10-10-12分頁：最多識別4GB物理內存

2-9-9-12分頁：最多識別64GB物理內存

操作系統限制

在xp系統中，即使采用2-9-9-12分頁，仍然無法使用超過4GB的物理內存（可理解為 4GB以上的內存條）

而在windows 2003或windows 2008系統中，即使為32位系統，但若采用2-9-9-12分頁，就可以識別4GB以上的物理內存

思考：為什么？
答案：由內核文件中的幾個函數限制

實際物理內存
物理內存總數 = MmNumberOfPhysicalPages * 4

實驗一：理解MmNumberOfPhysicalPages

1）打開任務管理器，查看物理內存

2）查看MmNumberOfPhysicalPages（單位：物理頁）

命令：dd MmNumberOfPhysicalPages

3）計算物理內存

結論：物理內存總數 = MmNumberOfPhysicalPages * 4

思考：這么多物理內存，操作系統如何進行管理
答案：通過全局數組MmPfnDatabase

MmPfnDatabase

描述：

全局結構體數組，稱為“頁幀數據庫”，包含了當前操作系統中所有的物理頁

每一個物理頁都有一個對應的MMPFN結構體

通過全局變量MmPfnDatabase可以找到這個結構體的起始位置（在WinDbg中使用命令dd MmPfnDatabase進行查看）

每一個MMPFN結構體之間在內存中是緊挨著的

定義：_MMPFN *MmPfnDatabase
長度：MmNumberOfPhysicalPages

_MMPFN

//FROM WinDbg nt!_MMPFN+0x000 u1 : __unnamed+0x004 PteAddress : Ptr32 _MMPTE+0x008 u2 : __unnamed+0x00c u3 : __unnamed+0x010 OriginalPte : _MMPTE+0x018 u4 : __unnamed //FROM WRK v1.2 typedef struct _MMPFN {union {PFN_NUMBER Flink;WSLE_NUMBER WsIndex;PKEVENT Event;NTSTATUS ReadStatus;//// Note: NextStackPfn is actually used as SLIST_ENTRY, however// because of its alignment characteristics, using that type would// unnecessarily add padding to this structure.//SINGLE_LIST_ENTRY NextStackPfn;} u1;PMMPTE PteAddress;union {PFN_NUMBER Blink;//// ShareCount transitions are protected by the PFN lock.//ULONG_PTR ShareCount;} u2;union {//// ReferenceCount transitions are generally done with InterlockedXxxPfn// sequences, and only the 0->1 and 1->0 transitions are protected// by the PFN lock. Note that a *VERY* intricate synchronization// scheme is being used to maximize scalability.//struct {USHORT ReferenceCount;MMPFNENTRY e1;};struct {USHORT ReferenceCount;USHORT ShortFlags;} e2;} u3; #if defined (_WIN64)ULONG UsedPageTableEntries; #endifunion {MMPTE OriginalPte;LONG AweReferenceCount;};union {ULONG_PTR EntireFrame;struct { #if defined (_WIN64)ULONG_PTR PteFrame: 57; #elseULONG_PTR PteFrame: 25; #endifULONG_PTR InPageError : 1;ULONG_PTR VerifierAllocation : 1;ULONG_PTR AweAllocation : 1;ULONG_PTR Priority : MI_PFN_PRIORITY_BITS;ULONG_PTR MustBeCached : 1;};} u4;} MMPFN, *PMMPFN;

MMPFN與物理頁的對應關系：

通過當前MMPFN結構體找到對應的物理頁
物理頁 = 當前_MMPFN索引值*0x1000

通過當前物理頁找到對應的MMPFN結構體
_MMPFN = *MmPfnDatabase + 0x1c*(物理頁/0x1000)

物理頁狀態

MMFPN->u3.e1定義：

//FROM WRK v1.2 typedef struct _MMPFNENTRY {USHORT Modified : 1;USHORT ReadInProgress : 1;USHORT WriteInProgress : 1;USHORT PrototypePte: 1;USHORT PageColor : 4;USHORT PageLocation : 3; //決定了當前頁的狀態，空閑情況下分為六種狀態//0：MmZeroedPageListHead//1：MmFreePageListHead//2：MmStandbyPageListHead//3：MmModifiedPageListHead//4：MmModifiedNoWritePageListHead//5：MmBadPageListHeadUSHORT RemovalRequested : 1;USHORT CacheAttribute : 2;USHORT Rom : 1;USHORT ParityError : 1; } MMPFNENTRY;

六個鏈表

描述：windows通過六個鏈表，將所有相同類型的物理頁串到一起

MmZeroedPageListHead
零化鏈表（是系統在空閑的時候進行零化的，不是程序自己清零的那種）

MmFreePageListHead
空閑鏈表（物理頁是周轉使用的，剛被釋放的物理頁是沒有清0，系統空閑的時候有專門的線程從這個隊列摘取物理頁，加以清0后再掛入MmZeroedPageListHead）MMPFNLIST MmZeroedPageListHead = {0, // TotalZeroedPageList, // ListNameMM_EMPTY_LIST, //FlinkMM_EMPTY_LIST // Blink }; 此時，MMPFN對應結構體如下：typedef struct _MMPFN {PFN_NUMBER Flink;PMMPTE PteAddress;PFN_NUMBER Blink;u3;MMPTE OriginalPte;u4; } MMPFN, *PMMPFN;

MmStandbyPageListHead
備用鏈表（當系統內存不夠的時候，操作系統會把物理內存中的數據交換到硬盤上，此時頁面不是直接掛到空閑鏈表上去，而是掛到備用鏈表上，雖然我釋放了，但里邊的內容還是有意義的）

MmModifiedPageListHead

MmModifiedNoWritePageListHead

MmBadPageListHead
壞鏈

實驗二：理解零化鏈表

1）在WinDbg中查看全局變量MmPfnDatabase的值

2）查看全局變量MmZeroedPageListHead的值

3）定位第一個零化鏈表
公式：MmZeroedPageList[0] = MmPfnDatabase + MmZeroedPageListHead[3]*0x1c

4）查看后四項（紅色代表Flink，藍色代表Blink）

總結：零化鏈表結構如下圖所示

實驗三：查看進程占用的所有物理頁

1）在WinDbg中定位目標進程

2）查看該進程的EPROCESS結構體，定位偏移為0x1f8的成員

命令：kd> dt _EPROCESS 866bf7e8

kd> dt _EPROCESS 866bf7e8 ntdll!_EPROCESS......+0x1f8 Vm : _MMSUPPORT......

3）查看_MMSUPPORT結構體

命令：dt _MMSUPPORT 866bf7e8+0x1f8

ntdll!_MMSUPPORT+0x000 LastTrimTime : _LARGE_INTEGER 0x01d6e998`ed894368+0x008 Flags : _MMSUPPORT_FLAGS+0x00c PageFaultCount : 0xb7+0x010 PeakWorkingSetSize : 0xbd+0x014 WorkingSetSize : 0xbd+0x018 MinimumWorkingSetSize : 0x32+0x01c MaximumWorkingSetSize : 0x159+0x020 VmWorkingSetList : 0xc0883000 _MMWSL+0x024 WorkingSetExpansionLinks : _LIST_ENTRY [ 0x864b2a9c - 0x8649323c ]+0x02c Claim : 0+0x030 NextEstimationSlot : 0+0x034 NextAgingSlot : 0+0x038 EstimatedAvailable : 0+0x03c GrowthSinceLastEstimate : 0xb7

4）查看VmWorkingSetList

命令：dt _MMWSL 0xc0883000

nt!_MMWSL+0x000 Quota : 0+0x004 FirstFree : 0x1e+0x008 FirstDynamic : 0xa+0x00c LastEntry : 0x217+0x010 NextSlot : 7+0x014 Wsle : 0xc0883cfc _MMWSLE //物理頁起始地址+0x018 LastInitializedWsle : 0x4c0 //物理頁個數+0x01c NonDirectCount : 0x33+0x020 HashTable : 0xc0a84000 _MMWSLE_HASH+0x024 HashTableSize : 0x200+0x028 NumberOfCommittedPageTables : 2+0x02c HashTableStart : 0xc0a84000 Void+0x030 HighestPermittedHashAddress : 0xc0e00000 Void+0x034 NumberOfImageWaiters : 0+0x038 VadBitMapHint : 0x16+0x03c UsedPageTableEntries : [1536] 0x34+0xc3c CommittedPageTables : [48] 1

5）查看最后一個成員

命令：dd 0xc0883cfc L4c2

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Windows内存管理学习笔记（二）—— 物理内存的管理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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