Windows для профессионалов

Механизм Address Windowing Extensions (только Windows 2000)


Жизнь идет вперед, и приложения требуют все больше и больше памяти — особенно серверные. Чем выше число клиентов, обращающихся к серверу, тем меньше его про изводительность. Для увеличения быстродействия серверное приложение должно хранить как можно больше своих данных в оперативной памяти и сбрасывать их на диск как можно реже. Другим классам приложений (базам данных, программам для работы с трехмерной графикой, математическими моделями и др.) тоже нужно ма нипулировать крупными блоками памяти. И всем этим приложениям уже тесно в 32 разрядном адресном пространстве.

Для таких приложений Windows 2000 предлагает новый механизм — Address Win dowing Extensions (AWE). Создавая AWE, Microsoft стремилась ктому, чтобы приложе ния МОГЛИ:

  • работать с оперативной памятью, никогда не выгружаемой на диск операци онной системой;

  • обращаться к таким объемам оперативной памяти, которые превышают раз меры соответствующих разделов в адресных пространствах их процессов.

    • AWE дает возможность приложению выделять себе один и более блоков оператив ной памяти, невидимых в адресном пространстве процесса. Сделав это, приложение резервирует регион адресного пространства (с помощью VirtualAlloc), и он становит ся адресным окном (address window). Далее программа вызывает функцию, которая связывает адресное окно с одним из выделенных блоков оперативной памяти. Эта операция выполняется чрезвычайно быстро (обычно за пару микросекунд).

    Через одно адресное окно единовременно доступен лишь один блок памяти. Это, конечно, усложняет программирование, так как при обращении к другому блоку при ходится явно вызывать функции, которые как бы переключают адресное окно на оче редной блок.

    Вот пример, демонстрирующий использование AWE:

    // сначала резервируем для адресного окна регион размером 1 Мб

    ULONG_PTR ulRAMBytes = 1024 * 1024;

    PVOlD pvWindow = VirtualAlloc(NULL, ulRAMBytes, MEM_RESERVE | MEMJ>HYSICAL, PAGE_REAOWRITE);

    // получаем размер страниц на данной процессорной платформе

    SYSTEM_INFO sinf;




    GetSystemInfo(&sint);

    // вычисляем, сколько страниц памяти нужно для нашего количества байтов
    ULONG_PTR ulRAMPages = (ulRAMBytes + sinf.dwPageSize - 1) / sinf.dwPageSize;

    // создаем соответствующий массив для номеров фреймов страниц
    ULONG_PTR aRAMPages[ulRAHPages];

    // выделяем сграницы оперативной памяти (в полномочиях пользователя
    // должна быть разрешена блокировка страниц в памяти)

    AllocateUserPhysicalPages(
    GetCurrentProcess(), // выделяем память для нашего процесса
    &ulRAMPages, // на входе: количество запрошенных страниц
    RAM, // на выходе: количество выделенных страниц RAM
    aRAMPages); // на выходе специфический массив,

    // идентифицирующий выделенные страницы
    // назначаем страницы оперативной памяти нашему окну
    MapUserPhysicalPages(
    pvWindow, // адрес адресного окна
    ulRAMPages, // число элементов в массиве
    aRAHPages); // массив страниц RAM

    // обращаемся к этим страницам через виртуальный адрес pvWindow

    ...

    // освобождаем блок страниц оперативной памяти
    FreeUserPhysicalPages(
    GetCurrentProcess(), // освобождаем RAM, выделенную нашему процессу
    &ulRAMPages, // на входе, количество страниц
    RAM, // на выходе: количество освобожденных страниц RAM
    aRAMPages); // на входе- массив, иден1ифицирующий освобождаемые

    // страницы RAM

    // уничтожаем адресное окно
    VirtualFree(pvWindow, 0, MEM_RELbASE);

    Как видите, пользоваться AWE несложно. А теперь хочу обратить Ваше внимание на несколько интересных моментов, связанных с этим фрагментом кода.

    Вызов VirtualAlloc резервирует адресное окно размером 1 Мб. Обычно адресное окно гораздо больше. Бы должны выбрать его размер в соответствии с объемом бло ков оперативной памяти, необходимых Вашему приложению. Но, конечно, размер такого окна ограничен размером самого крупного свободного (и непрерывного) блока в адресном пространстве процесса. Флаг MEM_RESERVE указывает, что я про сто резервирую диапазон адресов, а флаг MEM_PHYSICAL — что в конечном счете этот диапазон адресов будет связан с физической (оперативной) памнтью.


    Механизм AWE требует, чтобы вся намять, связываемая с адресным окном, была доступна для чтения и записи; поэтому в данном случае функции VirtualAlloc можно передать только один атрибут защиты — PAGE_READWRITE, Кроме того, нельзя пользоваться функцией VirtualProtect и пытаться изменять тип защиты этого блока памяти.

    Для выделения блока в физической памяти надо вызвать функцию AllocateUser PhysicalPages:

    BOOL AllocateUserPhysicalPages( HANDLE hProcess, PULONG_PTR pulRAMPages, PULONG_PTR aRAMPages);

    Она выделяет количество страниц оперативной памяти, заданное в значении, на которое указывает параметр pulRAMPages, и закрепляет эти страницы за процессом, определяемым параметром hProcess

    Операционная система назначает каждой странице оперативной памяти номер фрейма страницы (page frame number) По мсре того как система отбирает страни цы памяти, выделяемые приложению, она вносит соответствующие данные (номер фрейма страницы для каждой страницы оперативной памяти) в массив, на который указывает параметр dRAMPages. Сами по себе эти номера для приложения совершен но бесполезны; Вам не следует просматривать содержимое этого массива и тем бо

    лее что-либо менять в нем. Вы не узнаете, какие страницы оперативной памяти будут выделены под запрошенный блок, да это и не нужно. Когда эти страницы связывают ся с адресным окном, они появляются в виде непрерывного блока памяти, А что там система делает для этого, Вас не должно интересовать

    Когда fyyHKiwnAllocateUserPbystcalPages возвращает управление, значение в pulRAM Pages сообгцает количество фактически выделенных страниц. Обычно оно совпадает с тем, что Вы передаете функции, но может оказаться и поменьше.

    Страницы оперативной памяти выделяются только процессу, из которого была вызвана данная функция; AWE не разрешает проецировать их на адресное простран ство другого процесса. Поэтому такие блоки памяти нельзя разделять между процес сами.

    NOTE:
    Конечно, оперативная память — ресурс драгоценный, и приложение может выделить лишь ее незадействованную часть.


    Не злоупотребляйте механизмом AWE: если Ваш процесс захватит слишком много оперативной памяти, это может привести к интенсивной перекачке страниц на диск и резкому падению производительности вссй системы. Кроме того, это ограничит возможности системы в создании новых процессов, потоков и других ресурсов (Монито ринг степени использования физической памяти можно реализовать через функцию GlobalMemoryStatusEx)

    AllocateUserPhysicalPages требует также, чтобы приложению была разреше на блокировка страниц в памяти (т. e. у пользователя должно быть право "Lock Pages in Memory"), a иначе функция потерпит неудачу. По умолчанию таким правом пользователи или их группы не наделяются. Оно назначается учетной записи Local System, которая обычно используется различными службами. Если Вы хотите запускать интерактивное приложение, вызывающее AttocateUser PhysicalPages, администратор должен предоставить Вам соответствующее пра во еще до того, как Вы зарегистрируетесь в системе.

    Теперь, создав адресное окно и выделив блок памяти, я связываю этот блок с ок ном вызовом функции MapUserPhysicalPages:

    BOOL MapUserPhysicalPages( PVOID pvAddressWindow, ULONG_PTR ulRAMPages, PULONG_PTR aRAMPages);

    Ее первый параметр, pvAddressWindow, определяет виртуальный адрес адресного окна, а последние два параметра, ulRAMPages и aRAMPages, сообщают, сколько стра ниц оперативной памяти должно быть видимо через адресное окно и что это за стра ницы. Если окно меньше связываемого блока памяти, функция потерпит неудачу.

    NOTE:
    Функция MapUserPhysicalPages отключает текущий блок оперативной памяти от адресного окна, если вместо параметра aRAMPages передается NULL. Вот пример:

    // отключаем текущий блок RAM от адресного окна
    MapUserPhysicalPayes(pvWindow, ulRAMPapes, NULL);

    WINDOWS 2000
    Связав блок оперативной памяти с адресным окном, Бы можете легко обра щаться к этой памяти, просто ссылаясь на виртуальные адреса относительно базового адреса адресного окна (в моем примере эти pvWindow)

    Когда необходимость в блоке памяти отпадет, освободите его вызовом функции FreeUserPhysicalPages:



    BOOL FreeUserPhysicalPages( HANDLE hProcess, PULONG_PTR pulRAMPages, PULONG_PTR aRAMPages);

    В Windows 2000 право "Lock Pages in Memory" активизируется так:

  • Запустите консоль Computer Management MMC. Для этого щелкните кнопку Start, выберите команду Run, введите "compmgmt.msc /а" и щелкните кнопку ОК.

  • Если в левой секции нет элемента Local Computer Policy, выберите из меню Console команду Add/Remove Snap-in. На вкладке Standalone в списке Snap-ins Added То укажите строку Computer Management (Local). Теперь щелкните кноп ку Add, чтобы открыть диалоговое окно Add Standalone Snap-in, B списке Avai lable Standalone Snap-ins укажите Select Group Policy и выберите кнопку Add. В диалоговом окне Select Group Policy Objcct просто щелкните кнопку Finish. Наконец, в диалоговом окне Add Standalone Snap-in щелкните кнопку Close, a и диалоговом окне Add/Remove Snap-in — кнопку OK После этого в левой сек ции консоли Computer Management должен появиться элемент Local Computer Policy.

  • В левой секции консоли последовательно раскройте следующие элементы: Local Computer Policy, Computer Configuration, Windows Settings, Security Settings и Local Policies. Выберите User Rights Assignment.

  • В правой секции выберите атрибут Lock Pages in Memory.

  • Выберите из меню Action команду Select Security, чтобы открыть диалоговое окно Lock Pages in Memory. Щелкните кнопку Add. В диалоговом окне Sclect Users or Groups добавьте пользователей и/или группы, которым Вы хотите раз решить блокировку страниц в памяти. Затем закройте все диалоговые окна, щелкая в каждом из них кнопку ОК.


    • Новые права вступят в силу при следующей регистрации в системе. Если Вы только что сами себе предоставили право "Lock Pages in Memory", выйдите из системы и вновь зарегистрируйтесь в ней.

    Ее первый параметр, bProcess, идентифицирует процесс, владеющий данными страницами памяти, а последние два параметра сообщают, сколько страниц опера тивной памяти следует освободить и что это за страницы.


    Если освобождаемый блок в данный момент связан с адресным окном, он сначала отключается от этого окна

    И, наконец, завершая очистку, я освобождаю адресное окно. Для этого я вызываю VirtualFree и передаю ей базовый виртуальный адрес окна, нуль вместо размера реги она и флаг MEM_RELEASE.

    В моем простом примере создается одно адресное окно и единственный блок памяти. Это позволяет моей программе обращаться к оперативной памяти, которая никогда не будет сбрасываться на диск. Однако приложение может создать несколь ко адресных окон и выделить несколько блоков памяти. Эти блоки разрешается свя зывать с любым адресным окном, но операционная система не позволит связать один блок сразу с двумя окнами.

    64-разрядная Windows 2000 полностью поддерживает AWE, так что перенос 32 разрядных приложений, использующих этот механизм, не вызывает никаких проблем. Однако AWE не столь полезен для 64-разрядных приложений, поскольку размеры их адресных пространств намного больше Но все равно он дает возможность приложе нию выделять физическую память, которая никогда пе сбрасывается на диск.


    Содержание раздела