操作系统 | 内存管理 | 问题10

在操作系统中，内存管理是非常重要的一环。其中，问题10是一个经典问题，也是一些面试中常见的问题。本文将介绍问题10的背景、问题描述、解决方案并附上代码示例。

问题背景

在32位操作系统的情况下，每个进程的可寻址空间最大为4GB。然而，在实际情况中，某些进程需要申请大于4GB的内存，超出了可寻址空间的限制。此时，该如何解决？

问题描述

问题10的具体描述为：在32位操作系统下，如何让一个进程申请超过4GB的内存？

解决方案

1. 利用PAE技术

PAE（Physical Address Extension）是指物理地址扩展技术，可以支持大于4GB的内存寻址。该技术通过在CPU中添加一个PAE寄存器，使CPU可以寻址64GB的内存。在使用PAE技术前，需要确认CPU支持PAE技术，同时也需要操作系统和应用程序的支持。因此，该方法不一定适用于所有情况。

2. 内存映射文件

内存映射文件是指通过将磁盘上的文件映射到虚拟地址空间中，来处理大于4GB的内存申请的方法。具体来说，内存映射文件可以将一个文件直接映射到虚拟地址空间的某一部分，从而实现对该部分内存的读写操作。此时，申请的内存大小可以大于4GB，但需要注意的是，文件的大小也应该相应的大于4GB。

3. 分段申请内存

由于32位系统的可寻址空间最大为4GB，可以通过多次调用申请内存的函数来实现大于4GB的内存申请。具体来说，可以先通过一次内存申请来分配一个小于等于4GB的内存块，在该内存块中再通过多次调用内存申请的函数来分配大于4GB的内存。这种方法虽然可行，但同时也带来了管理内存碎片的问题。

代码示例

内存映射文件

int main(){
    HANDLE hFileMapping;
    DWORD dwMapSize = 0x200000000; // 申请大小为8GB的内存
    int* lpMapAddr;

    HANDLE hFile = CreateFile(TEXT("MMAP.bin"), GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, NULL, CREATE_ALWAYS, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
    if (hFile == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        return 1;
    }

    hFileMapping = CreateFileMapping(hFile, NULL, PAGE_READWRITE | SEC_COMMIT, 0, dwMapSize, NULL);
    if (hFileMapping == NULL)
    {
        return 1;
    }

    lpMapAddr = (int*)MapViewOfFile(hFileMapping, FILE_MAP_WRITE | FILE_MAP_READ, 0, 0, 0);
    if (lpMapAddr == NULL)
    {
        return 1;
    }

    // 将lpMapAddr指向的内存当作数组来使用
    for (int i = 0; i < dwMapSize / sizeof(int); i++)
    {
        lpMapAddr[i] = i;
    }

    UnmapViewOfFile(lpMapAddr);
    CloseHandle(hFileMapping);
    CloseHandle(hFile);
    return 0;
}

以上示例中，通过调用CreateFileMapping函数以及MapViewOfFile函数来将一个文件映射到内存当中，并通过指针访问该内存。其中，CreateFileMapping函数需要指定申请的内存大小，该内存大小可以大于4GB。