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讓32位應用程式不再為2G記憶體限制苦惱

阿新 • • 發佈：2019-02-03

最近在做個程式，雖然是小型程式,但是使用的記憶體量卻很大，動輒達到10G。在64位系統上可以輕鬆實現，無奈我是基於32位的系統進行開發，程式還沒跑起來就已經被終止了。 
    試過很多辦法，包括檔案記憶體對映等，效率不高，而且由於32位應用程式的限制，可用的記憶體地址最高只能到0x7FFFFFFF，能呼叫的記憶體到2G就是極限了。最後好不容易找到了AWE（Address Windowing Extensions）。
    AWE是Windows的記憶體管理功能的一組擴充套件，它允許應用程式獲取實體記憶體，然後將非分頁記憶體的檢視動態對映到32位地址空間。雖然32位地址空間限 製為4GB，但是非分頁記憶體卻可以遠遠大於4GB。這使需要大量記憶體的應用程式（如大型資料庫系統）能使用的記憶體量遠遠大於32位地址空間所支援的記憶體 量。
    與AWE有關的函式在後面介紹。
    為了使用大容量記憶體，除了要用到AWE外，還有一樣東西不能少，那就是PAE（Physical Address Extension）。PAE是基於x86的伺服器的一種功能，它使執行Windows Server 2003，Enterprise Edition 和Windows Server 2003，Datacenter Edition 的計算機可以支援 4 GB 以上實體記憶體。實體地址擴充套件(PAE)允許將最多64 GB的實體記憶體用作常規的4 KB頁面，並擴充套件核心能使用的位數以將實體記憶體地址從 32擴充套件到36。
    一般情況下，windows系統的PAE沒有生效，只有開啟了PAE後windows系統才可以識別出4G以上的記憶體。在使用boot.int的系統中， 要啟動PAE必須在boot.ini中加入/PAE選項。在Windows Vista和Windows7中則必須修改核心檔案，同時設定BCD啟動項。針對Vista系統和Win7系統可以使用Ready For 4GB這個軟體直接完成這一操作，具體方法見Ready For 4GB的軟體說明。以下就是一個開啟了/PAE選項的boot.ini檔案示例：

  1. [boot loader]  
  2. timeout=30
  3. default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WINDOWS  
  4. [operating systems]  
  5. multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)WINDOWS="Windows Server 2003, Enterprise" /fastdetect /PAE  


    本文將以Windows 7旗艦版為例介紹如何在開啟PAE的情況下使用AWE在程式中達到使用2G以上記憶體的目的。下圖分別為開啟PAE和未開啟PAE時系統識別出的記憶體容量區別。 

圖一.開啟PAE
 開啟PAE

圖二.關閉PAE

關閉PAE


    如果沒有開啟PAE，系統只能認出3G的記憶體，最多可以再多0.5G不到，這樣即使使用AWE，由於系統和其他應用程式已經佔去了一部分記憶體，剩下的記憶體或許也只有2G多一點了，沒什麼太大提高。只有當系統認出了4G以上的記憶體，AWE才能發揮它真正的作用。

    下面我們看看windows中給出的有關AWE的API函式，它們都定義在winbase.h中。

  1. #if (_WIN32_WINNT >= 0x0500)
  2. //
  3. // Very Large Memory API Subset
  4. //
  5. WINBASEAPI  
  6. BOOL
  7. WINAPI  
  8. AllocateUserPhysicalPages(  
  9.     __in    HANDLE hProcess,  
  10.     __inout PULONG_PTR NumberOfPages,  
  11.     __out_ecount_part(*NumberOfPages, *NumberOfPages) PULONG_PTR PageArray  
  12.     );  
  13. WINBASEAPI  
  14. BOOL
  15. WINAPI  
  16. FreeUserPhysicalPages(  
  17.     __in    HANDLE hProcess,  
  18.     __inout PULONG_PTR NumberOfPages,  
  19.     __in_ecount(*NumberOfPages) PULONG_PTR PageArray  
  20.     );  
  21. WINBASEAPI  
  22. BOOL
  23. WINAPI  
  24. MapUserPhysicalPages(  
  25.     __in PVOID VirtualAddress,  
  26.     __in ULONG_PTR NumberOfPages,  
  27.     __in_ecount_opt(NumberOfPages) PULONG_PTR PageArray  
  28.     );  
  29. //...
  30. #endif

    從winbase.h中的定義可以看出，只有當你的系統版本大於或等於0x0500時，才能夠使用AWE。各個版本的_WIN32_WINNT值見下表，Windows 2000以下的版本不能使用AWE。

Minimum system required

Minimum value for _WIN32_WINNT and WINVER

Windows 7

0x0601

Windows Server 2008

0x0600

Windows Vista

0x0600

Windows Server 2003 with SP1, Windows XP with SP2

0x0502

Windows Server 2003, Windows XP

0x0501

Windows 2000

0x0500

    如果你的系統版本符合要求，但是編譯器在編譯加入了AWE API的程式碼出錯，可以在程式標頭檔案中加入下面的程式碼。

  1. #ifndef _WIN32_WINNT
  2. #define _WIN32_WINNT 0x0501
  3. #endif  

    下面簡要介紹一下每個API的功能。

  1. BOOL WINAPI AllocateUserPhysicalPages(  //分配實體記憶體頁,用於後面AWE的記憶體對映
  2.   __in     HANDLE hProcess,     //指定可以使用此函式分配的記憶體頁的程序
  3.   __inout  PULONG_PTR NumberOfPages,    //分配的記憶體頁數,頁的大小由系統決定
  4.   __out    PULONG_PTR UserPfnArray  //指向儲存分配記憶體頁幀成員的陣列的指標
  5. );  
  6. BOOL WINAPI FreeUserPhysicalPages(  //釋放AllocateUserPhysicalPages函式分配的記憶體
  7.   __in     HANDLE hProcess,     //釋放此程序虛擬地址空間中的分配的記憶體頁
  8.   __inout  PULONG_PTR NumberOfPages,    //要釋放的記憶體頁數
  9.   __in     PULONG_PTR UserPfnArray  //指向儲存記憶體頁幀成員的陣列的指標
  10. );  
  11. BOOL WINAPI MapUserPhysicalPages(   //將分配好的記憶體頁對映到指定的地址
  12.   __in  PVOID lpAddress,        //指向要重對映的記憶體區域的指標
  13.   __in  ULONG_PTR NumberOfPages,    //要對映的記憶體頁數
  14.   __in  PULONG_PTR UserPfnArray     //指向要對映的記憶體頁的指標
  15. );  

    在看例項程式前還有一些設定需要做，需要對系統的本地安全策略進行設定。在win7中，開啟“控制面板->系統和安全->管理工具->本地安全策略”，給“鎖定記憶體頁”添加當前使用者，然後退出，重啟（不重啟一般無法生效！）。

本地安全策略

    經過前面的準備（再囉嗦一次：確認自己的電腦裝有4G或4G以上的記憶體；開啟PAE，使系統認出4G或以上的記憶體；設定好本地安全策略），我們就可以通過下面的程式碼來做個實驗了。

    程式碼是從MSDN中AWE的一個Example修改而來的，具體流程見程式碼中的註釋，如果對該Example的原始碼有興趣可以參考MSDN。

  1. #include "AWE_TEST.h"
  2. #include <windows.h>
  3. #include <stdio.h>
  4. #define MEMORY_REQUESTED ((2*1024+512)*1024*1024) //申請2.5G記憶體,測試機上只有4G記憶體,而且系統是window7,比較佔記憶體.申請3G容易失敗.
  5. #define MEMORY_VIRTUAL 1024*1024*512        //申請長度0.5G的虛擬記憶體,即AWE視窗.
  6. //檢測"鎖定記憶體頁"許可權的函式
  7. BOOL LoggedSetLockPagesPrivilege ( HANDLE hProcess, BOOL bEnable);  
  8. void _cdecl main()  
  9. {  
  10.     BOOL bResult;                   // 通用bool變數
  11.     ULONG_PTR NumberOfPages;        // 申請的記憶體頁數
  12.     ULONG_PTR NumberOfPagesInitial; // 初始的要申請的記憶體頁數
  13.     ULONG_PTR *aPFNs;               // 頁資訊,儲存獲取的記憶體頁成員
  14.     PVOID lpMemReserved;            // AWE視窗
  15.     SYSTEM_INFO sSysInfo;           // 系統資訊
  16.     INT PFNArraySize;               // PFN佇列所佔的記憶體長度
  17.     GetSystemInfo(&sSysInfo);  // 獲取系統資訊
  18.     printf("This computer has page size %d./n", sSysInfo.dwPageSize);  
  19.     //計算要申請的記憶體頁數.
  20.     NumberOfPages = MEMORY_REQUESTED/sSysInfo.dwPageSize;  
  21.     printf ("Requesting %d pages of memory./n", NumberOfPages);  
  22.     // 計算PFN佇列所佔的記憶體長度
  23.     PFNArraySize = NumberOfPages * sizeof (ULONG_PTR);  
  24.     printf ("Requesting a PFN array of %d bytes./n", PFNArraySize);  
  25.     aPFNs = (ULONG_PTR *) HeapAlloc(GetProcessHeap(), 0, PFNArraySize);  
  26.     if (aPFNs == NULL)   
  27.     {  
  28.         printf ("Failed to allocate on heap./n");  
  29.         return;  
  30.     }  
  31.     // 開啟"鎖定記憶體頁"許可權
  32.     if( ! LoggedSetLockPagesPrivilege( GetCurrentProcess(), TRUE ) )   
  33.     {  
  34.         return;  
  35.     }  
  36.     // 分配實體記憶體,長度2.5GB
  37.     NumberOfPagesInitial = NumberOfPages;  
  38.     bResult = AllocateUserPhysicalPages( GetCurrentProcess(),  
  39.         &NumberOfPages,  
  40.         aPFNs );  
  41.     if( bResult != TRUE )   
  42.     {  
  43.         printf("Cannot allocate physical pages (%u)/n", GetLastError() );  
  44.         return;  
  45.     }  
  46.     if( NumberOfPagesInitial != NumberOfPages )   
  47.     {  
  48.         printf("Allocated only %p pages./n", NumberOfPages );  
  49.         return;  
  50.     }  
  51.     // 保留長度0.5GB的虛擬記憶體塊(這個記憶體塊即AWE視窗)的地址
  52.     lpMemReserved = VirtualAlloc( NULL,  
  53.         MEMORY_VIRTUAL,  
  54.         MEM_RESERVE | MEM_PHYSICAL,  
  55.         PAGE_READWRITE );  
  56.     if( lpMemReserved == NULL )   
  57.     {  
  58.         printf("Cannot reserve memory./n");  
  59.         return;  
  60.     }  
  61.     char *strTemp;  
  62.     for (int i=0;i<5;i++)  
  63.     {  
  64.         // 把實體記憶體對映到視窗中來
  65.         // 分5次對映,每次對映0.5G實體記憶體到視窗中來.
  66.         // 注意,在整個過程中,lpMenReserved的值都是不變的
  67.         // 但是對映的實際實體記憶體卻是不同的
  68.         // 這段程式碼將申請的2.5G實體記憶體分5段依次對映到視窗中來
  69.         // 並在每段的開頭寫入一串字串.
  70.         bResult = MapUserPhysicalPages( lpMemReserved,  
  71.             NumberOfPages/5,  
  72.             aPFNs+NumberOfPages/5*i);  
  73.         if( bResult != TRUE )   
  74.         {  
  75.             printf("MapUserPhysicalPages failed (%u)/n", GetLastError() );  
  76.             return;  
  77.         }  
  78.         // 寫入字串,雖然是寫入同一個虛存地址,
  79.         // 但是視窗對映的實際記憶體不同,所以是寫入了不同的記憶體塊中
  80.         strTemp=(char*)lpMemReserved;  
  81.         sprintf(strTemp,"This is the %dth section!",i+1);  
  82.         // 解除對映
  83.         bResult = MapUserPhysicalPages( lpMemReserved,  
  84.             NumberOfPages/5,  
  85.             NULL );  
  86.         if( bResult != TRUE )   
  87.         {  
  88.             printf("MapUserPhysicalPages failed (%u)/n", GetLastError() );  
  89.             return;  
  90.         }  
  91.     }  
  92.     // 現在再從5段記憶體中讀出剛才寫入的字串
  93.     for (int i=0;i<5;i++)  
  94.     {  
  95.         // 把實體記憶體對映到視窗中來
  96.         bResult = MapUserPhysicalPages( lpMemReserved,  
  97.             NumberOfPages/5,  
  98.             aPFNs+NumberOfPages/5*i);  
  99.         if( bResult != TRUE )   
  100.         {  
  101.             printf("MapUserPhysicalPages failed (%u)/n", GetLastError() );  
  102.             return;  
  103.         }  
  104.         // 將對映到視窗中的不同記憶體塊的字串在螢幕中打印出來
  105.         strTemp=(char*)lpMemReserved;  
  106.         printf("%s/n",strTemp);  
  107.         // 解除對映
  108.         bResult = MapUserPhysicalPages( lpMemReserved,  
  109.             NumberOfPages/5,  
  110.             NULL );  
  111.         if( bResult != TRUE )   
  112.         {  
  113.             printf("MapUserPhysicalPages failed (%u)/n", GetLastError() );  
  114.             return;  
  115.         }  
  116.     }  
  117.     // 釋放實體記憶體空間
  118.     bResult = FreeUserPhysicalPages( GetCurrentProcess(),  
  119.         &NumberOfPages,  
  120.         aPFNs );  
  121.     if( bResult != TRUE )   
  122.     {  
  123.         printf("Cannot free physical pages, error %u./n", GetLastError());  
  124.         return;  
  125.     }  
  126.     // 釋放虛擬記憶體地址
  127.     bResult = VirtualFree( lpMemReserved,  
  128.         0,  
  129.         MEM_RELEASE );  
  130.     // 釋放PFN佇列空間
  131.     bResult = HeapFree(GetProcessHeap(), 0, aPFNs);  
  132.     if( bResult != TRUE )  
  133.     {  
  134.         printf("Call to HeapFree has failed (%u)/n", GetLastError() );  
  135.     }  
  136. }  
  137. /***************************************************************** 
  138. 輸入: 
  139. HANDLE hProcess: 需要獲得許可權的程序的控制代碼 
  140. BOOL bEnable: 啟用許可權 (TRUE) 或 取消許可權 (FALSE)? 
  141. 返回值: TRUE 表示許可權操作成功, FALSE 失敗. 
  142. *****************************************************************/
  143. BOOL
  144. LoggedSetLockPagesPrivilege ( HANDLE hProcess,  
  145.                              BOOL bEnable)  
  146. {  
  147.     struct {  
  148.         DWORD Count;  
  149.         LUID_AND_ATTRIBUTES Privilege [1];  
  150.     } Info;  
  151.     HANDLE Token;  
  152.     BOOL Result;  
  153.     // 開啟程序的安全資訊
  154.     Result = OpenProcessToken ( hProcess,  
  155.         TOKEN_ADJUST_PRIVILEGES,  
  156.         & Token);  
  157.     if( Result != TRUE )   
  158.     {  
  159.         printf( "Cannot open process token./n" );  
  160.         return FALSE;  
  161.     }  
  162.     // 開啟 或 取消?
  163.     Info.Count = 1;  
  164.     if( bEnable )   
  165.     {  
  166.         Info.Privilege[0].Attributes = SE_PRIVILEGE_ENABLED;  
  167.     }   
  168.     else
  169.     {  
  170.         Info.Privilege[0].Attributes = 0;  
  171.     }  
  172.     // 獲得LUID
  173.     Result = LookupPrivilegeValue ( NULL,  
  174.         SE_LOCK_MEMORY_NAME,  
  175.         &(Info.Privilege[0].Luid));  
  176.     if( Result != TRUE )   
  177.     {  
  178.         printf( "Cannot get privilege for %s./n", SE_LOCK_MEMORY_NAME );  
  179.         return FALSE;  
  180.     }  
  181.     // 修改許可權
  182.     Result = AdjustTokenPrivileges ( Token, FALSE,  
  183.         (PTOKEN_PRIVILEGES) &Info,  
  184.         0, NULL, NULL);  
  185.     // 檢查修改結果
  186.     if( Result != TRUE )   
  187.     {  
  188.         printf ("Cannot adjust token privileges (%u)/n", GetLastError() );  
  189.         return FALSE;  
  190.     }   
  191.     else
  192.     {  
  193.         if( GetLastError() != ERROR_SUCCESS )   
  194.         {  
  195.             printf ("Cannot enable the SE_LOCK_MEMORY_NAME privilege; ");  
  196.             printf ("please check the local policy./n");  
  197.             return FALSE;  
  198.         }  
  199.     }  
  200.     CloseHandle( Token );  
  201.     return TRUE;  
  202. }  

程式執行結果如下：

程式結果

    可以看出系統分頁的大小為4K，總共申請了655360個分頁，也就是2.5G。每個分頁成員佔4位元組，總共2621440位元組。2.5G記憶體分成5段512M的塊，成功寫入了字串併成功讀取。

    在除錯過程中，在執行了AllocateUserPhysicalPages函式後設置斷點，檢視工作管理員，可以看出成功分配了實體記憶體後，實際實體記憶體被佔用了2.5G，從而驗證了AWE的效果。

記憶體消耗

    通過上述示例，我們成功的在32位系統中識別出了4G的記憶體，並且在32位程式中成功使用了超過2G的記憶體。藉助PAE和AWE，即使在32位系統上，我們也能夠順利開發對記憶體消耗較大的應用程式，而不需要依賴於64位平臺。

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Android Proguard安全加固教你如何讓自己的應用程式或SDK更難被反編譯--library打包成jar並且混淆

在android 應用層開發的時候咱們技術人員都或多或少都會接觸一些SDK比如so、jar等，這些都是資料類公司提供給網際網路開發公司的關於技術核心類方便的東西，因為是核心所以加密加固是必不可少的工作，本博今天就向大家介紹jar的封裝打包以及混淆，完成自己的SDK！在此之前需

Centos平臺Supervisord全攻略(docker應用程式設定為開機啟動)

前言：  一定有你懶於啟動指令碼或者沒有啟動指令碼，但是又需要常駐後臺的程序需要管理，那麼supervisor一定不會失望，如果你使用過supervisord，我想你不會跟我爭論nohup & 什麼的也行的。 你可以通過yum直接安裝或者使用pip安裝，下面使

在Visual Studio下編寫64位應用程式應注意什麼

64位應用程式的執行效率要比32位應用程式高的多。隨著64位作業系統的逐漸普及，64位應用程式也必將隨之風靡。在Visual Studio中也已經支援了64位應用程式的開發。筆者在這裡就將其開發要點做一下總結。權當作拋磚引玉，跟大家切磋一下。 　　一、確定在64位作業系統

64位系統下，一個32位的程式究竟可以申請到多少記憶體，4GB還是更多？

前言： cpu的位是指一次性可處理的資料量是多少，1位元組=8位，32位處理器可以一次性處理4個位元組的資料量，依次類推。32位作業系統針對的32位的CPU設計。64位作業系統針對的64位的CPU設計。作業系統只是硬體和應用軟體中間的一個平臺。我們的CPU從原來的8位，16

在64位作業系統上執行32位的程式

執行 32 位程式 WOW64 子系統使 32 位程式能夠在基於 x64 版本的 Windows Server 2003 和 Windows XP 專業 x64 版的執行而不用修改。WOW64 子系統是通過在基於 x64 版本的 Windows Server 2003 和