《2022年操作系统实验二windows内存管理实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年操作系统实验二windows内存管理实验（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验二windows内存管理实验一 问题描述内存管理是操作系统的主要任务之一，地址转换是其中的重要内容，本实验主要研究windows 的地址转译过程。通过这次实验了解windows 内存管理策略及基本的数据结构， 理解 windows 的地址过程。通过任意给出一个虚拟地址， 可以从 windbg观察相关数据并找到其物理地址。二 Windows 地址转译过程原理1. Windows内存管理器：Windows 的内存管理器主要由Windows 执行体中的虚存管理程序负责， 并由环境子系统负责与具体API相关的一些用户态特征的实现。有两个任务：地主转换；变换。2. Windows内存管理策略：Win
2、dows 采用页式虚拟存储管理技术管理内存，页面是硬件级别上的最小保护单位。根据硬件体系结构的不同，页面尺寸被分为两种大页面： 4KB 小页面： 4MB 通常的 PC 机，一般都为小页面。3、Windows虚拟地址空间布局Windows 系统的虚拟地址空间布局， 默认情况下，32 位的 windows系统中每个用户进程可以占有2GB 的私有地址空间，操作系统占有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 另外的 2GB。如下
3、：4、X86虚拟地址转译X86 虚拟地址转译是指进程的虚拟地址空间映射到实际物理页面的过程， Windows 系统中地址转译过程如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 关键的数据结构如下：页目录：每个进程都有一个页目录， 进程页目录的地址被保存在内核地址块（ KPROCESS）中。在 windows 中，它被映射到虚拟地址 0xC0300000 。由 cr3 可以知道该进程页目录的位置。页目录由页表项构成。页表:进
4、程的页目录指向页表。每个页表只占一个页面，含有1024 个 PTE ，一个 PTE为 4 字节，包含两个主域： PFN ，即为数据所在的物理页面的页面帧编号。虚拟地址结构： x86 系统上，一个32 位虚拟地址结构被解释成三个独立的部分：页目录索引，页表索引和字节索引，如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 由于页目录项有 1024个，因此页目录索引为10 位，一个页表中含有 1024 个 PTE ，因此页表索引也
5、为10 位；字节索引为12 位，正好表示一页内容。三、 地址转译过程观测及分析1、查找页目录首地址启动 WinDbg 到内核调试模式，以try.exe作为对象运行，中断目标机运行，输入命令：！process 输入命令： dt_kprocess 813a9d88 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 可以看到KPROCESS 其中有一个域DirectoryTableBase ，对应值为0x9e1f000，这就是 try.
6、exe进程页目录的基址（物理地址） 。查看 cr3 寄存器的内容，输入命令：r cr3 得到的值和上述相同，这是因为CPU 切换执行任务时，其内容要更新为当前进程的页目录基址。2、地址转译过程下面实验的是虚拟地址到物理地址的转译过程。假设给定的虚拟地址为0x101401。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 首先将其变换为 32 位的地址结构，如下：页目录索引页表索引页内索引二进制值0 0100000001 01000
7、0000001 十六进制值0x0 0x101 0x401 输入命令：kd !pte 0x101401 可以查看给定的虚拟地址的PTE信息：可以看到：PDE的虚拟地址为 C0300000 。 这是因为每个进程页目录的基址 （虚拟地址）均为C300000 ，而每个进程页目录项长度为4 字节，给定虚址的页目录索引为0x0，故其对应的 PTE为 C0300000 。PTE为 C0000404 。因为进程的页表虚拟地址从C0000000开始。页面大小为 4096（0x1000）字节，每个 PTE长度为 4 字节，由页目录索引值（0x0）可知虚址处于第 1 个页表上，页表索引为 0x101，故对应的 PT
8、E为（C0000000+4*0x101= C0000404 ）最后一行信息“pfn b9ef -DA-UWEV ”表示 PDE的具体内容，b9ef是给定虚址所在页表在内存中对应的物理页号；“-DA-UWEV ”是标志信息。不知道为什么自己的电脑上无法出现数据页装入内存的物理页号， 如 pfn XXXX -A-XXXX，因此无法得到虚址的物理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 地址。因此， 0x101401 的物理地址
9、应该为物理页号XXXX加上页内索引（ 0x401） ，具体数值由于电脑问题没有办法确切得到。3、观察系统页表验证不同的进程目录页会指向相同的系统页表。观察虚址 0x80001001，转换为 32 位地址结构，如下：页目录索引页表索引页内索引二进制值10000000000000000001 000000000001 十六进制值0x200 0x1 0x1 十进制值512 1 1 输入命令： kd !process 当前正在执行： try.exe。输入命令： kd !pte 0x80001001 得到 PDE为 C0300800，其对应的物理页号为3b。继续让目标机运行，启动另一个的程序dog.ex
10、e，然后中断目标机运行。输入命令： kd !process 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 当前执行的进程为svchost.exe 。输入命令： kd !pte 0x80001001 发现 PDE信息和对应的物理页号与前面观测的相同，证明不同的进程页目录的确指向了相同的系统页表。实验顺利完成名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -
