Frage zum NULL-Pointer Zuordnung Partition in einem Prozess Adressraum

Question

I < Windows über C/C++ 5. Auflage lese> und unten ist einige Zitat:

Jeder Prozess virtuelle Adressraum ist Split in Partitionen. Auf x86 32-Bit Windows, die Partition von 0x00000000 - 0x0000FFFF (inklusive) heißt NULL-Zeiger Zuordnung Partition. Diese Partition wird beiseite gestellt, Programmierer fangen NULL-Zeiger Zuordnungen. Wenn ein Thread in Ihrem Prozess versucht, von oder in eine Speicheradresse in dieser Partition zu lesen, wird eine Zugriffsverletzung ausgelöst.

Ich frage mich, warum müssen wir statt einen Bereich von Adressraum nur den Wert 0 NULL-Zeiger-Zuweisungen zu fangen? AFAIK, NULL ist 0. Also, was ist die Überlegung hinter diesem Design? Gibt es noch etwas in diesem Bereich, das der Benutzer nicht berühren sollte? Oder ist NULL nicht notwendigerweise gleich 0?

Vielen Dank.

Answer 1

Alle modernen Betriebssysteme implementieren clevererweise eine Nullzeiger-Dereferenzierungsprüfung ohne Ausführungsaufwand mit der virtuellen Speicherverwaltungshardware. Die 0-te 4-kB-Seite (oder in diesem Fall die 0-15-te Seite (insgesamt 64 kB)) wird eingerichtet, so dass jedes Lesen, Schreiben oder Ausführen von Daten an Adresse 0 (oder 0x00000FFF oder 0x0000FFFF) sofort zu einem Zugriff führt Verstoß Ausnahme.

Lassen Sie mich es anders sagen. Das Abfangen von Nullzeiger-Dereferenzierungen auf 0, aber das Zulassen von Datenreferenzen auf (etwa) Adresse 1 wäre unerschwinglich teuer - da Sie die Seitengranularitäts-VM-Hardware nicht verwenden könnten, wäre es stattdessen notwendig, eine Nullzeigervergleichs- und Verzweigungssequenz durchzuführen vor vielen Zeigerdereferenzen. Indem die erste Seite oder die ersten Seiten nicht zugänglich gemacht werden, kann diese Überprüfung "kostenlos" in der VM-Hardware durchgeführt werden. Der Nachteil ist, dass Sie diese erste (n) Seite (n) nicht für etwas anderes verwenden können.

(Theoretisch könnte ein ausreichend optimiert Compiler dann verwendet werden, um festzustellen, welche Zeiger Dereferenzierungen konnte nicht möglicherweise Null-Zeiger dereferenziert sein, aber bis zu dem cleveren Compiler erscheinen, die nicht zugeordneten 0-Seite Trick zu tun hat.)

Also warum ist die Windows (post Win98) Nullzeigerzuweisungs-Partition 64 KB statt der minimal notwendigen 4 KB? Die Antwort von Wyzard ist ein guter Fall für das Einfangen von Null-Pointer-Array-Indexfehlern.

* Späte Aktualisierung: RE: warum 64 KB?- Ich habe jemanden gefragt, der über das Windows Core-Team Bescheid wissen sollte, und sie sagten, dass es sich wahrscheinlich um eine 64-KB-Region handelt, da Windows bestimmte Speicherverwaltungsstrukturen mit einer Zuordnungsgranularität von 64 KB speichert. Warum das? Ich weiß es nicht, aber vielleicht hat Raymond Chen die Antwort: http://blogs.msdn.com/b/oldnewthing/archive/2003/10/03/55239.aspx. Beeindruckend. *

Answer 2

Innerhalb der C- oder C++ - Sprache ist NULL immer gleich 0, aber 0 als Zeigerwert im Quellcode entspricht nicht unbedingt allen Null-Bits in der kompilierten Binärdatei. Unter Windows glaube ich jedoch, dass ein Nullzeiger wirklich alle Null-Bits ist.

Der reservierte Raum ist wahrscheinlich fangen Dinge wie myarray[n] wo myarray null ist, oder mystruct->myfield wo mystruct null ist zu helfen. Die Adresse, auf die zugegriffen wird, ist nicht notwendigerweise genau dort, wo der Zeiger zeigt, er kann irgendwo danach liegen.

Answer 3

Der Bereich ist erforderlich, um die Erkennung von Fehlern zu erleichtern, die durch Dereferenzierung von null und nahe Nullzeiger verursacht werden. Zum Beispiel:

int startOffset = 1000; //start at 1000th element; 
char* buffer = obtain();// happens to be null 
for(int i = startOffset; buffer[i] != 0; i++) { 
    //do stuff 
} 

Hinweis Thet Nullzeiger wird in dem obigen Beispiel nie dereferenziert. Aber da buffer ein Nullzeiger ist, sind die resultierenden Adressen nahe null und Dereferenzierung kann leicht mit der "Partition" -Technik abgefangen werden.

Answer 4

Ein Bereich ist erforderlich, da bei der Dereferenzierung eines Zeigers auf eine Struktur oder ein Klassenelement der tatsächlich aufgerufene Speicher der Zeiger plus der Offset des Elements in der Struktur ist.

struct Foo { 
    int a; 
    inb b; 
}* Bar = 0; 

Bar->b = 0; 

On int = 32-Bit-Compiler, wird das 'b' Element 4 Bytes in den struct sein, so Bar-> b, um die Adresse 0x00000004 zuzugreifen versucht.