Источник говорит, что модель плоской памяти - парадигма, в которой память представляется программе как единое непрерывное адресное пространство. ЦП может напрямую (и линейно) адресовать все доступные без необходимости прибегать к каким-либо видам схемы сегментации памяти или подкачки
. Слышал, что такая модель памяти сейчас используется везде, но каким образом тогда память программы все равно разбивается на сегменты кода, данных и т. д., а так же на страницы? Если программы сегментированы, не означает ли это что я использую сегментированную модель памяти?
А так же каким образом плоская модель памяти относится к виртуальной памяти, это не то же самое? Или например одно является реализацией другого?
2 ответа
Используются одни и те же слова для объяснения разных феноменов.
Шестнадцатибитный процессор может одним своим регистром адресовать 64 кило памяти. 64 кило - один сегмент. Чтобы адресовать побольше памяти, нужно использовать два регистра - один для сегмента, другой - для смещения в этом сегменте.
А еще были такие карты расширения памяти, с которыми можно было общаться через форточку в 64 килобайта, и переключение банков в машинах Commodore.
Все вышеперечисленное - это сегментная организация памяти.
Тот факт, что авторы формата ELF и EXE придумали называть куски памяти, куда они засовывают константы, код программы и кучу тоже словом сегмент связывает одно с другим только исторически - потому что в староглиняные времена пара регистров SS:SP указывала на стек и называлась "сегмент стека", а регистр CS, например, указывал на сегмент кода (который .code).
Сейчас пару регистров (и сегментную адресацию) никто не использует, но деление памяти на сегменты осталось, а термины тянуться еще с тех времен.
- В плоской модели памяти "Flat" можно забыть о сегментных регистрах, и о сегментах в целом - это пережиток прошлого. Связано это с тем, что в дескрипторах (которые описывают сегменты) всегда выставляется макс.возможный размер этих сегментов, и начальный адрес нуль. Причём это действительно для всех сегм.регистров, типа
CS\DS\SS\ES\FS\GS
. Если система 32-битная, то размер (лимит) сегмента в дескрипторах имеет значение0хFFFFFFFF
(4Gb), а база =0
. Данный лимит совпадает с размером регистров 32-битного процессора, поэтому в вашем источнике утверждается, что:
ЦП может напрямую (и линейно) адресовать все доступное пространство, без необходимости прибегать к каким-либо видам схемы сегментации памяти или подкачки.
Если открыть отладчик "OllyDbg", то в окне-регистров ЦП можно обнаружить значение всех сегментных регистров, включая их селекторы (видимую часть), и базу с лимитом в дескрипторах. Здесь видно, что у всех кроме FS
база нуль, и лимит макс. В данном случае регистр(FS) имеет базу 0x7FFDF000
и лимит 0x0FFF
- система выделяет этот сегмент (размером в одну 4К-страницу) под инфо\структуру ТЕВ процесса, Thread Environment Block. При этом в дескрипторе сегмента(FS) выставляется атрибут(R) "только чтение". 2-мл.бита во-всех селекторах имеют значение(3), что говорит о пользовательском приложении третьего кольца (биты RPL).
- Виртуальная память подразумевает разбиение огромных сегментов размером в 4Gb, на более мелкие страницы по 4Кb. Например, если у приложения всего одна строчка текста, то зачем выделять под неё все 4Gb памяти, оформив их как сегмент-данных? Поэтому ввели страницы, которые (при нехватке физ.памяти) в любой момент можно выгрузить на диск в файл-подкачки, и выделить освободившееся место под новые данные. По сути, программу любого размера можно отобразить всего в одной вирт.странице памяти - как отработает один 4К-блок, выгружаем и заменяем его новой порцией инфы. Только работать такая программа будет медленно.
Атрибуты страницам назначаются в записях РТЕ, и они имеют приоритет перед атрибутами в дескрипторах сегментных регистров. Именно поэтому говорят, что при страничной организации, в плоской модели памяти можно вообще принебречь сегментами. К примеру вот код, который специально обращается к секции-данных, через сегментный регистр кода CS:offset
, хотя по идее должна быть пара DS:offset
. Точно так-же внутри кода можно осуществлять переходы через DS
. Это ещё раз подтверждает, что сегментные регистры в РМ не играют никакой роли - они передали все свои полномочия вирт.страницам.
format pe console
include 'win32ax.inc'
entry start
;//----------
.data
jump dd @prn ;//<--- переменная в секции-данных, с адресом перехода
buff db 0
;//----------
.code
start: mov ecx,-1
mov ebx,'DEAD'
nop
mov eax,[cs:jump] ;// Внимание! Указываю секцию-кода + значение из секции-данных!
jmp eax
cinvoke printf,<' Hello World!',0> ;//<-- блок не получит управления
jmp @exit
@prn: cinvoke printf,<' Jump OK!',0>
@exit: cinvoke _getch ;// клавиша
cinvoke exit,0 ;// выход!
;//----------
section '.idata' import data readable
library msvcrt,'msvcrt.dll'
include 'api\msvcrt.inc'
А так же каким образом плоская модель памяти относится к виртуальной памяти, это не то же самое? Или например одно является реализацией другого?
Плоская Flat - это модель памяти от нуля и до макс. с аналогичными по размеру регистрами ЦП, что позволяет адресовать всю память одним регистром. А вирт.память - это технология (алгоритм) распределения физ.памяти ОЗУ, путём замещения одних физ.страниц, другими.
В системе имеется база-данных PFN (PageFrameNumber), а у каждого процесса свое древо VAD (Virtual Address Descriptor) и набор рабочих страниц "WorkingSet". При вытеснении ненужных страниц в файл-подкачки, благодаря VAD и PFN система ведёт учёт, какому именно процессу они принадлежат, чтобы при необходимости вернуть их опять в память именно своего, а не чужого процесса (вирт.адреса у всех процессов одинаковы).