《Windows驱动开发技术详解》之Windows内存管理

虚拟内存地址

Windows所有的程序（Ring0和Ring3层）可以操作的都是虚拟内存。有一部分单元会和物理内存对应起来，但并非一一对应，多个虚拟内存页可以映射同一个物理内存页。还有一部分单元会被映射成磁盘上的文件，并标记为脏的。读取这段虚拟内存的时候，系统会发出一个异常，此时会出发异常处理函数，异常处理函数会将这个页的磁盘文件读入内存，并将其标记为不脏。可以让那些经常不读写的内存页交换成文件，并设置为脏。

Windows之所以如此设计，第一是虚拟的增加了内存的大小；第二是使不同进程的虚拟内存互不干扰。

虚拟地址在0-0x7FFFFFFF范围内的虚拟内存，被称为用户模式地址。而0x80000000-0xFFFFFFFF范围内的虚拟内存，被称为内核模式地址。Windows运行在用户态的程序只能访问用户模式地址，而运行在核心态的程序可以访问整个4G的虚拟内存。

驱动和进程的关系

驱动程序可以看做是一个特殊的DLL文件被应用程序加载到虚拟内存中，只不过加载的地址是在内核模式地址，而非用户模式地址。它只能访问这个进程的虚拟内存，而不能使其它进程的虚拟地址。DriverEntry和AddDevice例程是运行在系统进程（System）中的。而其它的例程，诸如IRP_MJ_READ、IRP_MJ_WRITE的派遣函数会运行与应用程序的上下文中，即运行于某个进程的环境中，所能访问的虚拟地址是这个进程的虚拟地址。

下面写一段代码来获取代码所运行的当前进程。我在写这段代码时遇到了一个问题。起初，我的代码如下：

但是这样加载驱动之后没有输出我想要的数据：

我一开始以为是找ImageFileName的偏移不对，于是我用Windbg去查：

发现就是0x2e0，没错。后来，网上有人告诉我要用PsGetProcessImageFileName,这是一个微软的已经导出的但是没有文档化的API。意思就是，这个函数你可以直接用，但是它并没有在某个头文件中声明，所以需要你自己声明一下，然后才能使用。

先声明：

再使用：

竟然输出了我想要的结果：

我很纳闷，这是为什么，于是反汇编下这个API，发现它只有两条汇编代码：

如果进入这个API单步跟踪我们可以看到：

其实传入的参数就是Eprocess地址，没错。

我们在程序这里下断点：

单步运行观察局部变量的值：

二者正好相差0x2e0，说明我们定位EPROCESS的地址和ImageFileName的地址都没错啊。那么为什么前边那样用就得不到正确的结果呢？

这时候我们再去单步刚才出问题的那段代码：

同样的方式单步，发现ImageFileName的位置不可读

发现为什么不可读了么，仔细一看，因为正常情况下你应该获得地址0xfffffa80`01923320，而你这里是0x00000000`01923329。

所以如果要在这种方法基础上进行修改，就要改为：

这样再运行就可以正常输出结果了。

在驱动中使用链表

DDK提供了一个双向链表结构

作为指向链表的一个表头，而节点的结构都要由程序员自己定义，如这里定义的结构如下：

链表操作代码如下：

运行会输出：

Lookaside结构

频繁申请内存会导致一个问题，就是内存中产生“空洞”。如下图所示，如果内存中先后申请了三块，某时刻内存2被回收后，如果再想分配一块略微大于内存块2的内存，就会申请失败。

DDK提供了一种机制类解决这个问题，就是使用Lookaside。可以把Lookaside对象想象成一个内存容器，在初始的时候，它先向Windows申请了一块比较大的内存，以后程序员每次申请内存的时候不是直接向Windows申请，而是向Lookaside对象申请内存。Lookaside一般会在以下情况使用：（1）程序员每次申请固定大小的内存；（2）申请和回收的操作十分频繁。

相应代码如下：

有输出结果：

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