探索windows虚拟内存

对于进程地址空间虚拟内存的使用，用户程序必须经过“保留（reserve）”和“提交（commit）”两个阶段才能使用一段地址范围。“保留一段地址范围”的用意是，将这段地址范围保留起来，但并不真正使用，由于这段地址范围不占用任何物理内存或其他外存空间，所以并不形成实质的开销。这对于有些需要连续的地址空间的程序有意义，他们可以在初始时保留一大段地址范围，以后需要的时候陆续使用。“提交地址范围”是指这段地址终究要消耗物理内存，由于windows支持物理内存与页面文件之间的交换，因此可提交的内存数量是，可用物理内存总量去除系统使用的物理内存数量后，再加上页面文件的大小。

在windows API中，应用程序通过VirtualAlloc或VirtualAllocEx来保留或提交地址范围；以后通过VirtualFree或VirtualFreeEx函数来解除已提交的地址范围，或者完全释放此地址范围。解除提交状态是指回到保留状态。因此，对于进程地址空间中的任何一个页面地址范围，它一定处于三种状态之一：空闲的、保留的、或已提交。

对于已提交的页面，系统会根据总的内存使用情况来调度它们。当物理内存紧张时，系统会选择一些页面，将它们换出到内存文件中，待下次使用的时候，再将它们换回来。通常情况下，应用程序并不需要干预系统的页面调度机制。在一些特殊情况下，应用程序也可以通过VirtualLock函数来锁住已提交页面，使得它们总是留在物理内存中；以后再掉用VirtualUnlock函数来结束这种锁定。

下面给出一个例子，来说明一些windows虚拟内存管理的一些问题。

输出结果全为0。

状态一：第一个system("pause")语句处，程序刚开始运行，还没有进行虚拟内存的分配操作。
状态二：第二个system("pause")语句处，已经保留并提交虚拟内存，提交大小已经变化，约增加了1G，但是内存（专用工作集），也就是进程正在使用的物理内存页面的数量并没有相应的增加1G，也就说当commit一段地址范围时，系统暂时也没有真正的分配物理内存页面。简单分析一下保留和提交系统所做的工作。虚拟地址空间的管理是通过VAD树和VAD位图，来记录虚拟地址段的状态。保留过程，系统根据虚拟地址空间的使用情况，查找一段符合条件的区间返回起始地址，并更新VAD树和VAD位图，现在不能访问，访问会发生访问违规。提交过程，记录物理存储器使用开销，分配设置PDE（页目录项）和PTE（页表项）属性。可以访问但是并没有分配物理页面给进程，访问发生页面错误时，页面处理例程进行实际的物理页面分配。
状态三：第三个system("pause")语句处，在每个页面都被访问过以后，根据页面错误数量可知，每次访问都发生了页面错误，页面错误处理例程分配了物理内存页面，所有当所有页面访问过之后，系统才给整个地址段分配了物理内存页面。
由输出结果可知，系统分配的页面都是初始化为0的。