驱动程序内存分配

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驱动程序内存分配

#ifdef ALLOC_PRAGMA
#pragma alloc_text (INIT, DriverEntry)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfCreate)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfAddDevice)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfDispatchPnp)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfStartDevice)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfRemoveDevice)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfUnload)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfWmi)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskperfQueryWmiRegInfo)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskperfQueryWmiDataBlock)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfRegisterDevice)
#pragma alloc_text (PAGE, DiskPerfSyncFilterWithTarget)
#endif

一、分页和非分页内存

    默认情况下，内核加载器会加载所有的代码和全局数据到非分页内存中。而且，在driver初始化前，加载器已经一次性加载了整个驱动的可执行文件，包括相关的DLL。加载完成后，内核加载器就关闭了驱动程序文件，你甚至可以删除当前正在执行的驱动文件。
但是，我们可以告诉加载器哪部分的驱动可分页。所谓可分页，就是可能会被换页出内存（Page out）。

1、代码段可分页：
#define ALLOC_PRAGMA
#pragma alloc_text(PAGE, function_name1)
#pragma alloc_text(PAGE, function_name2)
#endif
function_namex 指定的函数代码将被放置于可分页内存中。
2、数据段可分页：
#ifdef ALLOC_PRAGMA
#pragma data_seg(PAGE)
// define your pageeble data section module here.
#pragma data_seg()
要注意，绝不能让可能在高IRQL（>= DISPATCH_LEVEL）被调用的例程被换出页面。File system drivers can never allow any code or data to be paged out that might be required to satisfy page fault requests from the NT Virtual Memory Manager.

3、驱动初始化后不再需要的代码自动丢弃使用编译指令：

#ifdef ALLOC_PRAGMA
#pragma alloc_text(INIT, DriverEntry)

#pragma alloc_text(INIT, function_name) // function called by driverEntry

#endif

4、分页函数：

MmLockPageableCodeSection 和MmLockPageableCodeSection-ByHandle 来锁定被标志为可分页的代码段。
MmLockPageableDataSection和 MmLockPageableDataSection-ByHandle来锁定被标志为可分页的数据段
MmUnlockPageableImageSection来解除被上面列出的函数锁定的代码或数据段。
MmPageEntireDriver使整个驱动程序可分页，覆盖使用编译指令修饰的段的页面属性。
MmResetDriverPaging把页面属性重设回最初描述的属性。

二、动态地分配分页/不可分页内存

驱动程序在执行时可能需要动态分配内存空间，这时你要决定需要的是可分页还是不可分页的内存。如果你的驱动在运行中访问内存的时候能够经受页错误，那么尽量使用可分页内存。
注意：大多数低层磁盘和网络驱动通常不能使用可分页内存，因为他们的代码常常在较高的IRQL等级执行而不允许页错误。但是，文件系统（通常比磁盘驱动占用更大，更多资源）有时候可从可分页池中分配一些内存。

      非分页内存在整个系统中是一个有限的资源，其数量依赖于系统使用的类型，和系统可用的物理内存。NT提供下面的例程给内核驱动来分配内存：

ExAllocatePool

ExAllocatePoolWithQuota

ExAllocatePoolWithTag

ExAllocatePoolWithQuotaTag

调用这些函数来请求内存时，必须要指定请求的内存的类型：

NonPagedPool   请求分配一个不可分页的内存

PagedPool       请求分配一个可分页的内存

如果你在分配的内存里有任何同步结构的话，决不要分配分页内存。

当你的应用访问内存时候可以处理页错误的时候，应该指定这个类型：NonPagedPoolMustSucceed在其它方式都失败时，而你又必须立即得到内存的时候可以使用这个标志类型。注意这种类型的内存是极度缺乏的资源，可能不足16K。注意，只有在其它途径都失败的时候才使用，如果分配失败，将会导致系统的bugcheck，错误代码是 UST_SUCCEED_POOL_EMPTY。And the flag is allowed only during system startup.

NonPagedPoolCacheAligned这个标志分配使用数据缓存线的尺寸来在CPU特定的边界对齐的非分页内存。注意这个操作默认是在Intel平台上的 NonPagedPool分配类型。

PagedPoolCacheAligned    这个标志分配使用数据缓存线的尺寸来在CPU特定的边界对齐的分页内存。

  三、内存池

1、内存池分配器

      内存池分配器初始化了一些列表，每个列表包含一种固定大小的块。当你使用上面的函数请求内存时，例程试图分配一个和你请求数量相近的或更大一点的固定大小的块。但是，如果你要求的数量超过一页时，或者超过列表中最大块的大小时，又或者在预先分配的列表中没有可用的块的时候，VMM就会从任何适当类型的系统可用的内存中分配你请求的数量内存给你。

      当预先分配的列表空了的时候，VMM会分配至少一页的内存，切分，然后把剩下的数据放进适当的块列表中。但是，当你请求的非分页内存的数量超过PAGE_SIZE时候，内存池分配例程不会切分未使用的部分，这会浪费宝贵的非分页内存。

也可以使用 MmAllocateNonCachedMemory或 MmAllocateContiguousMemory

来分配非分页或物理连续内存。它们通常不使用在文件系统或者过滤驱动中，而是用于执行池例程或者其它结构。

      内核驱动如果重复的分配和释放小块的内存（小于一个PAGE_SIZE）,可能导致系统的可用物理内存碎片化。这会给系统带来各种问题，包括降低系统的性能等。有一个方法可以避免系统碎片化，就是预先分配一块合理大小的内存，然后自已管理，在这个预先分配的块中分配和释放小块的内存，但这种方法有可能会浪费核心内存。

2、用池来管理内存

      上面提到用预先分配一块合理大小的内存来自已管理，可以避免系统内存碎片。我们可以用池来管理这块预先分配的内存。必须再次强调，预先分配的内存大小必须足够准确，太大会浪费宝贵的资源。

      调用 ExAllocatePool 来分配池使用的内存，你要选择从分页或者非分页的池中分配，注意你的内存片基址必须在8字节的边界对齐。

      还要分配和初始化一个自旋锁或者使用其它的同步机制来保护对内存块列表的修改。注意不要在比DISPATCH_LEVEL 更高的IRQL 等级使用池操作例程，因为在更高的 IRQL等级不能使用同步结构。

      然后定义一个ZONE_HEADER结构的全局变量，用来作为这个池的控制结构，并调用ExInitializeZone来初始化池头部。然后，就可以通过调用ExAllocateFromZone和

ExInterlockedAllocateFromZone来分配自已管理的内存块。这两个函数的差别在于后者使用了自旋锁用于操作同步。调用ExFreeToZone和ExInterlockedFreeToZone来释放分配的内存。

      虽然池帮助减少系统内存的碎片，但池还是有一些不足：

1、驱动程序必须预先为池分配内存，这些内存可能会闲置很久造成内存浪费

2、你对需要的内存的数量必须相当的精确，在很多时候这个很难做到。

3、当内存需求增大时，可以扩大池的尺寸，但是却不能减小池的尺寸，直到重启系统

 

四、lookaside lists

lookaside lists是NT4.0里新的特性，它突破了池的限制。

      当你调用 ExInitializeNPagedLookasideList和ExInitializePagedlookasideList初始化lookaside lists 时不用预先分配内存，相反，只有当你有真正需要内存的时候才分配。

在初始化时，你必须指定列表的深度，表示尺寸的最大值。相关的函数有ExAllocateFromN-

PagedLookasideList和ExAllocateFromPagedLookasideList。我们用一个 NPAGED_

LOOKASIDE_LIST或 PAGED_LOOKASIDE_LIST结构变量来保存lookaside lists的状态，注意这结构一定要从非分页内存中分配。