Question

我需要分配大块内存（由我的自定义分配器使用），它们位于虚拟地址空间的前32GB内。

我想如果我需要，例如1MB块，我可以使用mmap和MAP_FIXED_NOREPLACE（或VirtualAlloc）从低地址开始迭代，例如1MB的增量，直到调用成功。从最后一个成功的块继续下一个。

这听起来很笨拙，但至少它会对操作系统地址空间布局的变化和ASLR算法的变化有所增强。从我对当前操作系统布局的理解来看，第一个32GB应该有足够的内存可用，但也许我错过了什么？

Windows，Linux，OS X，iOS或Android中有什么东西会破坏这个方案吗？还有更好的方法吗？

为了防止你想知道，这是为了实现一种编程语言的VM，在64位系统上以32位值拟合所有指针可以提供巨大的内存使用优势甚至速度收益。由于所有对象至少都是8字节对齐，因此可以将低3位移出，将指针范围从4GB扩展到32GB。

Answer 1

对于Windows中的限制分配内存范围，我们可以使用NtAllocateVirtualMemory函数 - 这个api可用于用户和内核模式。在用户模式下，它由 ntdll.dll 导出（使用来自wdk的 ntdll.lib 或 ntdllp.lib ）。在此api存在参数 - ZeroBits - 在剖面视图的基址中必须为零的高阶地址位数。但是在msdn链接中关于 ZeroBits 的下一个单词是不正确的。正确的是：

<强> ZeroBits

提供必须为零的高阶地址位数   剖面视图的基地址。这个论点的价值必须   小于或等于最大零位数且仅为零   在内存管理确定分配视图的位置时使用   （即当BaseAddress为null时）。

如果 ZeroBits 为零，则不应用零位约束。

如果 ZeroBits 大于0且小于32，那么它就是   位31的前导零位数。还需要位63:32   为零。这保持了与32位系统的兼容性。                    如果 ZeroBits 大于32，则将其视为掩码，然后计算前导零的数量   在面具中。然后它变成零位参数。

所以我们真的可以使用 ZeroBits 作为掩码 - 这是最耗电的。但是可以使用并且作为31位的零位计数（在这种情况下，63-32位将始终等于0）。因为分配粒度（当前为64kb - 0x10000） - 低16位始终为0.因此在位数模式下 ZeroBits 的有效值 - 从1到15（= 31-16）。为了更好地理解此参数的工作原理 - 查看示例代码。为了更好的演示效果，我将使用

<强> MEM_TOP_DOWN

应在最高虚拟地址创建指定区域   可能基于 ZeroBits 。

PVOID BaseAddress;
ULONG_PTR ZeroBits;
SIZE_T RegionSize = 1;
NTSTATUS status;

for (ZeroBits = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF;;)
{
    if (0 <= (status = NtAllocateVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &(BaseAddress = 0), 
        ZeroBits, &RegionSize, MEM_RESERVE|MEM_TOP_DOWN, PAGE_NOACCESS)))
    {
        DbgPrint("%p:%p\n", ZeroBits, BaseAddress);
        NtFreeVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &BaseAddress, &RegionSize, MEM_RELEASE);

        ZeroBits >>= 1;
    }
    else
    {
        DbgPrint("%x\n", status);
        break;
    }
}

for(ZeroBits = 0;;) 
{
    if (0 <= (status = NtAllocateVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &(BaseAddress = 0), 
        ZeroBits, &RegionSize, MEM_RESERVE|MEM_TOP_DOWN, PAGE_NOACCESS)))
    {
        DbgPrint("%x:%p\n", ZeroBits++, BaseAddress);
        NtFreeVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &BaseAddress, &RegionSize, MEM_RELEASE);
    }
    else
    {
        DbgPrint("%x\n", status);
        break;
    }
}

并输出：

FFFFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
7FFFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
3FFFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
1FFFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
0FFFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
07FFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
03FFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
01FFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
00FFFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
007FFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
003FFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
001FFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
000FFFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
0007FFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
0003FFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
0001FFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
0000FFFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
00007FFFFFFFFFFF:00007FF735B40000
00003FFFFFFFFFFF:00003FFFFFFF0000
00001FFFFFFFFFFF:00001FFFFFFF0000
00000FFFFFFFFFFF:00000FFFFFFF0000
000007FFFFFFFFFF:000007FFFFFF0000
000003FFFFFFFFFF:000003FFFFFF0000
000001FFFFFFFFFF:000001FFFFFF0000
000000FFFFFFFFFF:000000FFFFFF0000
0000007FFFFFFFFF:0000007FFFFF0000
0000003FFFFFFFFF:0000003FFFFF0000
0000001FFFFFFFFF:0000001FFFFF0000
0000000FFFFFFFFF:0000000FFFFF0000
00000007FFFFFFFF:00000007FFFF0000
00000003FFFFFFFF:00000003FFFF0000
00000001FFFFFFFF:00000001FFFF0000
00000000FFFFFFFF:00000000FFFF0000
000000007FFFFFFF:000000007FFF0000
000000003FFFFFFF:000000003FFF0000
000000001FFFFFFF:000000001FFF0000
000000000FFFFFFF:000000000FFF0000
0000000007FFFFFF:0000000007FF0000
0000000003FFFFFF:0000000003FF0000
0000000001FFFFFF:0000000001FF0000
0000000000FFFFFF:0000000000FF0000
00000000007FFFFF:00000000007F0000
00000000003FFFFF:00000000003F0000
00000000001FFFFF:00000000001F0000
00000000000FFFFF:00000000000F0000
000000000007FFFF:0000000000070000
000000000003FFFF:0000000000030000
000000000001FFFF:0000000000010000
c0000017
0:00007FF735B40000
1:000000007FFF0000
2:000000003FFF0000
3:000000001FFF0000
4:000000000FFF0000
5:0000000007FF0000
6:0000000003FF0000
7:0000000001FF0000
8:0000000000FF0000
9:00000000007F0000
a:00000000003F0000
b:00000000001F0000
c:00000000000F0000
d:0000000000070000
e:0000000000030000
f:0000000000010000
c0000017

因此，如果我们想要将内存分配限制为32Gb(0x800000000) - 我们可以使用ZeroBits = 0x800000000 - 1：

NtAllocateVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &(BaseAddress = 0), 
            0x800000000 - 1, &RegionSize, MEM_RESERVE|MEM_TOP_DOWN, PAGE_NOACCESS)

结果内存将在[0, 7FFFFFFFF]范围内分配（实际为[0, 7FFFF0000]，因为分配粒度低16位的地址始终为0）

你可以在分配的区域范围内通过RtlCreateHeap创建堆并从这个堆中分配内存（注意 - 这也是用户模式api - 使用 ntdll [p] .lib 进行链接输入）

PVOID BaseAddress = 0;
SIZE_T RegionSize = 0x10000000;// reserve 256Mb
if (0 <= NtAllocateVirtualMemory(NtCurrentProcess(), &BaseAddress, 
    0x800000000 - 1, &RegionSize, MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE))
{
    if (PVOID hHeap = RtlCreateHeap(0, BaseAddress, RegionSize, 0, 0, 0))
    {
        HeapAlloc(hHeap, 0, <somesize>);
        RtlDestroyHeap(hHeap);
    }

    VirtualFree(BaseAddress, 0, MEM_RELEASE);
}

在64位系统上以低地址分配内存的最可靠/可移植方式是什么？

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