Марк Руссинович - 2.Внутреннее устройство Windows (гл. 5-7)

При записи страницы к ней может обратиться другой поток. B этом случае счетчики ссылок и числа пользователей в элементе PFN, который представляет физическую страницу, увеличиваются на 1. По окончании операции ввода-вывода подсистема записи модифицированных страниц обнаружит, что счетчик числа пользователей больше не равен 0, и не станет перемещать эту страницу в список простаивающих страниц.

Хотя записи базы данных PFN имеют фиксированную длину, они могут находиться в нескольких состояниях в зависимости от состояния страницы. Таким образом, отдельные поля могут иметь разный смысл. Состояния записи базы данных PFN иллюстрирует рис. 7-36.

Некоторые поля одинаковы для нескольких типов PFN, другие специфичны для конкретного типа PFN. Следующие поля встречаются в PFN нескольких типов.

• Адрес PTE Виртуальный адрес РТЕ, указывающего на данную страницу.

• Счетчик ссылок Число ссылок на данную страницу. Этот счетчик увеличивается на 1, когда страница впервые добавляется в рабочий набор и/ или когда она блокируется в памяти для операции ввода-вывода (например драйвером устройства). Счетчик ссылок уменьшается на 1, когда обнуляется счетчик числа пользователей страницы или когда снимается блокировка страницы в памяти. Когда счетчик числа пользователей становится равным 0, страница больше не принадлежит рабочему набору. Далее, если счетчик ссылок тоже равен 0, страница перемещается в список свободных, простаивающих или модифицированных страниц, и запись базы данных PFN, описывающая эту страницу, соответственно обновляется.

• Тип Тип страницы, представленной этим PFN (активная/действительная, переходная, простаивающая, модифицированная, модифицированная, но не записываемая, свободная, обнуленная, только для чтения или аварийная).

• Флаги Информация, содержащаяся в поле флагов, поясняется в таблице 7-21.

• Исходное содержимое PTE Все записи базы данных PFN включают исходное содержимое РТЕ, указывающего на страницу (который может быть прототипным РТЕ). Сохранение исходного содержимого PTE позволяет восстанавливать его, когда физическая страница больше не резидентна.

• PFN элемента PTE Номер физической страницы для виртуальной страницы с таблицей страниц, включающей PTE страницы, к которой относится данный PFN.

Остальные поля специфичны для PFN конкретных типов. Так, первый PFN на рис. 7-36 представляет активную страницу, входящую в рабочий набор. Поле счетчика числа пользователей (share count) сообщает количество РТЕ, ссылающихся на данную страницу. (Страницы с атрибутом «только для чтения», «копирование при записи» или «разделяемая, для чтения и записи» могут использоваться сразу несколькими процессами.) B случае страниц с таблицами страниц это поле содержит количество действительных PTE в таблице страниц. Пока счетчик числа пользователей страницы больше 0, она не удаляется из памяти.

Поле индекса рабочего набора — это индекс в списке рабочего набора (процесса, системы или сеанса), включающем виртуальный адрес, по которому проецируется данная физическая страница. Если страница не входит ни в один рабочий набор, это поле равно 0. Если страница является закрытой, индекс рабочего набора ссылается непосредственно на элемент списка рабочего набора, поскольку страница проецируется только по одному виртуальному адресу. B случае разделяемой страницы индекс рабочего набора представляет собой ссылку, корректность которой гарантируется лишь для первого процесса, объявившего эту страницу действительной. (Остальные процессы будут пытаться по возможности использовать тот же индекс.) Процесс, первым настроивший это поле, обязательно получит корректную ссылку, и ему не надо добавлять в дерево хэшей своего рабочего набора элемент хэша списка рабочего набора, на который указывает виртуальный адрес. Это позволяет уменьшить размер дерева хэшей рабочего набора и ускорить поиск его элементов.

Второй PFN на рис. 7-36 соответствует странице из списка простаивающих или модифицированных страниц. B этом случае элементы списка связаны полями прямых и обратных связей. Эти связи позволяют легко манипулировать страницами при обработке ошибок страниц. Когда страница находится в одном из списков, ее счетчик числа пользователей по определению равен 0 (поскольку она не используется ни в одном рабочем наборе) и поэтому может быть перекрыта обратной связью. Счетчик ссылок также равен 0, если страница находится в одном из списков. Если же он отличен от 0 (из-за выполнения над данной страницей операции ввода-вывода, например записи на диск), страница сначала удаляется из списка.

Третий PFN на рис. 7-36 соответствует странице из списка свободных или обнуленных страниц. Эти записи базы данных PFN связывают не только страницы внутри двух списков, но и — с помощью дополнительного поля — физические страницы «по цвету», т. е. по их местонахождению в кэш-памяти процессора. Windows пытается свести к минимуму лишнюю нагрузку на кэшпамять процессора из-за наличия в ней разных физических страниц. Эта оптимизация реализуется за счет того, что Windows по возможности избегает использования одного и того же элемента кэша для двух разных страниц. Для систем с прямым проецированием кэшей оптимальное использование аппаратных возможностей дает существенный выигрыш в производительности.

Четвертый PFN на рис. 7-36 соответствует странице, над которой выполняется операция ввода-вывода (например, чтение). Пока идет такая операция, первое поле указывает на объект «событие», который освобождается по окончании операции ввода-вывода. Если при этом произойдет ошибка, в данное поле будет записан код статуса ошибки Windows, представляющий ошибку ввода-вывода. PFN этого типа используются в разрешении конфликтов ошибок страницы.

ЭКСПЕРИМЕНТ: просмотр записей PFN

Отдельные записи PFN можно исследовать с помощью команды !pfn отладчика ядра, указывая PFN как аргумент. (Так, !pfn 0 сообщает информацию о первой записи, !pfn 1 — о второй и т. д.) B следующем примере показывается PTE для виртуального адреса 0x50000, PFN страницы с каталогом страниц и сама страница.

Общее состояние физической памяти описывается не только базой данных PFN, но и системными переменными, перечисленными в таблице 7-22.

Windows XP и Windows Server 2003 позволяют процессам пользовательского режима получать уведомления, когда памяти мало и/или много. Ha основе этой информации можно определять характер использования памяти. Например, если свободной памяти мало, приложение может уменьшить потребление памяти, а если ее много — увеличить.

Для уведомления о малом или большом объеме памяти вызовите функцию CreateMemoryResourceNotification, указав, какое именно уведомление вас интересует. Описатель полученного объекта может быть передан любой функции ожидания. Как только памяти становится мало (или много), ожидание прекращается, тем самым уведомляя соответствующий поток о нужном событии. B качестве альтернативы можно использовать QueryMemoryResourceNotiflcation для запроса о состоянии системной памяти в любой момент.

Уведомление реализуется диспетчером памяти, который переводит в свободное состояние глобально именованный объект «событие» LowMemory-Condition или HighMemoryCondition. Эти именованные объекты находятся не в обычном каталоге BaseNamedObjects диспетчера объектов, а в специальном каталоге KernelObjects. Как только обнаруживается малый или большой объем свободной памяти, соответствующее событие освобождается, и любые ждущие его потоки пробуждаются.

По умолчанию уведомление о малом объеме памяти срабатывает при наличии свободной памяти размером около 32 Мб на 4 Гб (максимум 64 Мб), а уведомление о большом объеме — при наличии в три раза большего количества свободной памяти. Эти значения (в мегабайтах) можно переопределить, добавив DWORD-параметр LowMemoryThreshold или HighMemory-Threshold в раздел реестра HKEY_LOCAL_MACHINESystemCurrentControl-SetSession ManagerMemory Management.

ЭКСПЕРИМЕНТ: просмотр событий уведомления ресурса памяти

Для просмотра событий уведомления ресурса памяти (memory resource notification events) запустите Winobj (wwwsysintemals.com) и щелкните каталог KernelObjects. B правой секции окна вы увидите события LowMemoryCondition и HighMemoryCondition.

Если вы дважды щелкнете любое из событий, то узнаете, сколько описателей и/или ссылок открыто на эти объекты.

Чтобы выяснить, есть ли в системе процессы, запросившие уведомления о ресурсе памяти, ищите в таблице описателей ссылки на «LowMemoryCondition» или «HighMemoryCondition». Это можно сделать в Process Explorer (команда Handle в меню Find) или в утилите Oh.exe из ресурсов Windows. (O том, что такое таблица описателей, см. раздел «Диспетчер объектов» главы 3.)