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

Подкачиваемый код и данные операционной системы тоже управляются как единый системный рабочий набор (system working set). B системный рабочий набор могут входить страницы пяти видов:

(o) системного кэша;

(o) пула подкачиваемой памяти;

(o) подкачиваемого кода и данных Ntoskrnl.exe;

(o) подкачиваемого кода и данных драйверов устройств;

(o) проецируемых системой представлений.

Выяснить размер системного рабочего набора и пяти его элементов можно с помощью счетчиков производительности или системных переменных, перечисленных в таблице 7-18. Учтите, что значения счетчиков выражаются в байтах, а значения системных переменных – в страницах.

Узнать интенсивность подкачки страниц в системном рабочем наборе позволяет счетчик Memory: Cache Faults/Sec (Память: Ошибок кэш-памяти/ сек), который сообщает число ошибок страниц, генерируемых в системном рабочем наборе (как аппаратных, так и программных).

Внутреннее название этого рабочего набора – рабочий набор системного кэша, хотя системный кэш является лишь одним из пяти элементов системного рабочего набора. Из-за этой путаницы некоторые утилиты, сообщая размер файлового кэша, на самом деле показывают суммарный размер системного рабочего набора.

Минимальный и максимальный размеры системного рабочего набора вычисляются при инициализации системы, исходя из объема физической памяти компьютера и выпуска Windows – клиентского или серверного.

Вычисленные значения максимального и минимального размеров хранятся в системных переменных, показанных в таблице 7-19 (их значения недоступны через счетчики производительности, но вы можете просмотреть их в отладчике ядра).

Вы можете отдать приоритет системному рабочему набору (в противоположность рабочим наборам процессов), изменив параметр реестра HKLM SYSTEMCurrentControlSetControlSession ManagerMemory ManagementLargeSystemCache. B системах Windows 2000 Server это значение можно было косвенно модифицировать заданием свойств для службы файлового сервера; Windows XP и Windows Server 2003 позволяют сделать это явно: щелкните My Computer (Мой компьютер) правой кнопкой мыши, выберите Properties (Свойства), откройте вкладку Advanced (Дополнительно), нажмите кнопку Settings (Параметры) в разделе Performance (Быстродействие) и перейдите на очередную вкладку Advanced (детали см. в главе 11).

База данных PFN

Если рабочие наборы описывают резидентные страницы, принадлежащие процессу или системе, то база daHHbixPFN (номеров фреймов страниц) определяет состояние каждой страницы в физической памяти. Состояния страниц перечислены в таблице 7-20.

База данных PFN состоит из массива структур, представляющих каждую страницу физической памяти в системе. Как показано на рис. 7-33, действительные PTE ссылаются на записи базы данных PFN, а эти записи (если они не относятся к прототипным PFN) – на таблицу страниц, которая их использует. Прототипные PFN ссылаются на прототипные РТЕ.

Страницы, находящиеся в некоторых из перечисленных в таблице 7-20 состояний, организуются в связанные списки, что помогает диспетчеру памяти быстро находить страницы определенного типа. (Активные и переходные страницы не включаются ни в один общесистемный список.) Пример взаимосвязей элементов таких списков в базе данных PFN показан на рис. 7-34.

B следующем разделе вы узнаете, как эти связанные списки используются при обработке ошибок страниц и как страницы перемещаются между различными списками.

ЭКСПЕРИМЕНТ: просмотр базы данных PFN

Команда !memusage отладчика ядра позволяет получить информацию о размерах различных списков страниц. Вот пример вывода этой команды.

Динамика списков страниц

Ha рис. 7-35 показана схема состояний фрейма страниц. Для упрощения на ней отсутствует список модифицированных, но не записываемых страниц.

Фреймы страниц перемещаются между различными списками следующим образом.

(o) Когда диспетчеру памяти нужна обнуленная страница для обслуживания ошибки страницы, обнуляемой по требованию (demand-zero page fault) (ссылки на страницу, которая должна быть заполнена нулями, или на закрытую переданную страницу пользовательского режима, к которой еще не было обращений), он прежде всего пытается получить ее из списка обнуленных страниц. Если этот список пуст, он берет ее из списка свободных страниц и заполняет нулями. Если и этот список пуст, диспетчер памяти извлекает страницу из списка простаивающих страниц и обнуляет ее.

Одна из причин необходимости обнуления страниц – соответствие требованиям защиты уровня C2: процессам пользовательского режима должны передаваться фреймы обнуленных страниц, чтобы не допустить чтения содержимого памяти предыдущих процессов. Поэтому диспетчер памяти передает процессам пользовательского режима фреймы обнуленных страниц, если только страница не считывается из проецируемого файла. B последнем случае диспетчер памяти использует фреймы необнуленных страниц, инициализируя их данными с диска.

Список обнуленных страниц заполняется страницами из списка свободных страниц системным потоком обнуления страниц (zero page thread) – это поток 0 процесса System. Он ждет на объекте-событии, который переходит в свободное состояние при наличии в списке свободных страниц восьми и более страниц. Однако этот поток выполняется, только если не работают другие потоки, поскольку он имеет нулевой приоритет, а наименьший приоритет пользовательского потока – 1.

ПРИМЕЧАНИЕ B Windows Server 2003 и более новых версиях, когда возникает необходимость в обнулении памяти из-за выделения физической страницы драйвером, вызвавшим MmAllocatePagesForMdl, или Windows-приложением, вызвавшими AllocateUserPhysicalPages, либо когда приложение выделяет большие страницы, диспетчер памяти обнуляет память через более эффективную функцию MiZeroInParallel Она проецирует регионы большего размера, чем поток обнуления страниц, который выполняет свою операцию только над одной страницей единовременно. Кроме того, в многопроцессорных системах эта функция создает дополнительные системные потоки для параллельного выполнения операций обнуления (с поддержкой специфических оптимизаций на NUMA-платформах).

(o) Если диспетчеру памяти не нужны обнуленные станицы, он сначала обращается к списку свободных страниц и, если тот пуст, переходит к списку простаивающих страниц. Прежде чем диспетчер сможет воспользоваться фреймом страниц из списка простаивающих страниц, он должен проследить ссылку из недействительного PTE (или прототипного РТЕ), который еще ссылается на этот