Работа с памятью

Эта статья находится в разработке!

Определение

Адресное пространство

Хранение в физической памяти (серым выделена заполненная память)

При запуске программы операционная система создает процесс, которому выделяется адресное пространство размером [math]4GB[/math] в 32-битных системах, и [math]2^{64}B[/math] в 64-битных, представляющее из себя массив байт. В этом массиве можно писать и читать данные из любого его места. Ясно, что адресное пространство не может полностью содержаться в физической памяти, поэтому представим, что эта память просто дана каждому процессу, неважно, где она находится. Важно помнить, что у каждого процесса свое адресное пространство, которое не пересекается с адресными пространствами других программ.

Старт процесса

При старте процесса, в адресное пространство помещается код исполняемой программы и код используемых в программе библиотек (например, Kernel.dll). Так же, в адресном пространстве хранится [math]heap[/math], в который будут записываться глобальные переменные.

TODO: расписать подробнее - надо ли?

Хранение адресного пространства

Хранение в физической памяти

Адресное пространство разбито на страницы объемом по [math]4kB[/math]. Для каждой страницы в хранится ее адрес в физической памяти, либо указание, что эта страница пуста (в таком случае хранить саму страницу не надо - поэтому все адресные пространства помещаются в физической памяти). Физическая память формируется из оперативной памяти ([math]RAM[/math]), места на жестком диске, отведенного под [math]swap[/math], и места на жестком диске, где хранится непосредственно код программы.

Подгрузка страниц в оперативную память

При обращении к той или иной странице, если она не находится в оперативной памяти, она загружается туда. Для этого, либо в оперативке находится свободное место, либо выбирается страница, которая будет выгружена оттуда. Если эта страница уже существует на жестком диске, и не была изменена за время ее пребывания в оперативной памяти, она просто удаляется оттуда; иначе - записывается в [math]swap[/math].

Визуализация адресного пространства с помощью VMMap

TODO: Можно не расписывать здесь что есть стэк, что куча, а просто сказать что посмотрим на выделение памяти, и как это выглядит в адресном пространстве

TODO: Если что перенесем в другое место

Программа VMMap предназначена для визуализации адресного пространства. Если ее запустить на каком либо процессе, перед вами будет примерно следующая картина:

Окно программы VMMap

Первое, что бросается в глаза - строки помеченные разными цветами. Различные цвета - различные области в адресном пространстве. Также можно увидеть сами адреса памяти(на рисунке выделено в красную рамку).

Давайте посмотрим что происходит при выделении памяти и ее освобождении в адресном пространстве. Для этого запустим следующую программу:

int main()
{
    int *a = new int [1000000];
    delete [] a;
    return 0;
}

С помощью оператора new можно выделять память в куче(что такое куча будет рассказано в следующих статьях). Пока что просто посмотрим как эта память выделяется.

До выполнения

int *a = new int [1000000];

После выполнения

int *a = new int [1000000];

Видим выделение памяти, и ее обьем.

TODO: Здесь можно написать про обьем страниц в 4Кб, как я подозреваю выделилось 3908 Кб, тк для хранения 10^6 интов нужно 3906,25 Кб

После выполнения

delete [] a;

Видим освобождение памяти.

TODO: Показать в адресном пространстве ран-тайм, библиотеки ядра, собственно процесс.