win32 - 虚拟内存的一些介绍

对32位Windows来说，其虚拟地址空间总数就是2的32次方，即4GB。

如果没有在引导时加上/3GB或/BOOTVA选项，Windows默认最大会分2GB给内核模式程序使用，2GB给用户模式程序。

其实32位Windows不管系统物理内存有多少，它只会映射这4GB的虚拟地址空间。

也就是说，你不需要做任何额外的操作就可以直接使用这4GB虚拟地址空间。

那剩下的物理内存怎么办呢？32位Windows有一个机制，名叫地址窗口扩展（AWE，Address
Windowing Extension）。

这个机制是给程序员准备的，作用是提供了一种方法，可以让程序员将4GB以外的物理内存地址映射到已被分配的用户模式地址空间中。

（即一个多对一关系，多于用户模式地址空间大小的物理内存挤在用户模式地址空间里；而且这是要程序员自己实现的，系统并不会帮你实现）

这个机制可以使一个用户模式的应用程序申请多达64GB的物理内存（当然，由于4GB虚拟地址空间的限制，如果同时要使用这么多内存肯定是不太可能的）。

用Windows Internals, 4th Edition这本书的原话来说——

“虽然AWE将管理“虚拟内存-物理内存”映射关系的负担放到了程序员的身上，但是，它确实解决了问题”



所以，32位的Windows并不是只支持4GB的物理内存（你装8GB也可以，只不过如果想用到额外内存的话会很费力气）。

虚拟内存的作用简单来说就是将内存按照一定的单位进行组织，并使用虚拟地址重新映射（至物理地址）。

（这样就出现了一种状况，即一系列连续的虚拟地址所指向的内存页面，物理地址并不一定是连续的。）

为了实现使用访问模式来保护系统数据的目的，系统有意地将虚拟内存的地址空间（即虚拟地址）进行分隔，规定用户模式和内核模式的虚拟地址空间为多少。

因此，用户模式的程序可以访问用户模式的虚拟地址空间，但是它不能随意访问内核模式程序的虚拟地址空间。而内核模式的程序可以访问所有虚拟地址空间。

另外，用户模式的进程由于虚拟内存的保护，不需担心其它进程侵入到当前进程的地址空间中从而破坏数据或留下安全隐患。

每个进程可用的虚拟地址范围称为该进程的“虚拟地址空间”，每个用户模式进程都有其各种的专用虚拟地址空间。对于32位进程，虚拟地址空间通常为2GB，范围从 0x00000000 至 0x7FFFFFFF。对于 64 位进程，虚拟地址空间为 8 TB，范围从 0x000'00000000 至 0x7FF'FFFFFFFF。

在 32 位 Windows 中，可用的虚拟地址空间共计为 2^32 字节（4 GB）。通常较下的 2 GB 用于用户空间，较上的
2 GB 用于系统空间。

在 32 位 Windows 中，你可以指定（在启动时）超过 2 GB 用于用户空间。结果是系统空间可用的虚拟地址更少。可以将用户空间的大小增至 3 GB，在这种情形下系统空间仅有
1 GB。

虚拟地址会通过页表（page table）映射到物理内存，页表由操作系统维护并被处理器引用，每个进程都有自己的页表。内核空间在页表中拥有较高特权级，因此用户态程序试图访问这些页是会导致一个页错误（page fault）。其中内核空间是持续存在的，并且在所有进程中都映射到同样的物理内存。与此相反，用户模式空间的映射随进程切换的发生而不断变化。

在用户空间中，所有物理内存页面都可以根据需要进行分页至磁盘文件。在系统空间中，某些物理页面可以分页，而其他页面不能。系统空间具有用于动态分配内存的两个区域：页面缓冲池和非页面缓冲池。在 64 位 Windows 中，页面缓冲池为 128 GB 的虚拟地址，范围从 0xFFFFA800'00000000 至
0xFFFFA81F'FFFFFFFF。非页面缓冲池为 128 GB 的虚拟地址，范围从
0xFFFFAC00'00000000 至 0xFFFFAC1F'FFFFFFFF。