Windows95下物理内存单元的可靠读写
李为民 付 强 何松华
(国防科技大学电子工程学院ATR室 长沙 410073)
摘 要：本文介绍了Windows95下处于保护模式下的内存寻址模式和保护模式下的虚
拟8086
内存寻址模式，给出了可靠地进行物理内存单元读写的例程。
关键词：Windows编程 内存寻址 保护模式 V86模式
1.引言
计算机运行于DOS平台下时，内存寻址模式为实模式，采用80286的20位地址线的存
储器分页线性管理技术，存储器容量最大为1MB，线性地址与物理地址一致，对物理
内存单元读写直接、灵活。但因受限于640K基本内存，使大量的扩展内存的使用受
到制约，同时，分页的64K范围限制影响了内存访问的连续性，从而使系统的内存资
源难以得到充分利用。
计算机运行于Windows95保护模式下时，由于系统或系统中的驱动程序兼容性不好等
原因，系统可能处于两种内存寻址模式之一：或是保护模式下的内存寻址模式，或
是保护模式下的虚拟8086内存寻址模式(V86模式)。对于这两种模式，要实现对物理
内存单元的读写，方法截然不同。我们在运行含有进行内存读写的Windows程序时，
常常因为不清楚系统目前处于何种寻址模式而导致访问失败，因此有必要对此进行
一番探讨。
2.保护模式下的内存寻址模式
当CPU运行于分段管理的保护模式下时，可利用其32位地址线提供4G字节地址访问空
间的虚拟存储器，通过特权位和界限值的检查实现完整的保护功能。此时，Windows
的内存被全局描述符表(GDT)和局部描述符表(LDT)所控制，并以选择器(Selector)
的方式供程序使用。每一个段的说明都对应描述符表中的一项，称为一个段描述符,
分别对应一个相应的物理内存段。每个段描述符都由三个参数来构成：段基址
(Base)规定线性地址空间的开始地址；段界限(Limit)表示段内的最大偏移量；保护
属性（Property)表示此段的一些特征。物理内存访问的远指针由选择器
(Selector)：偏移量(Offset)构成，这里的selector不象实模式寻址那样代表某个
段寄存器的真实地址,而是用来确定段描述符在描述符表中的入口地址，描述符表表
中相应位置所存的数据内容才是其真正的物理内存地址。在没有分页的情况下(分页
情况由Property来决定),将段描述符的Base左移16位再加上Offset的值就形成了32
位内存物理地址。
保护模式下的这种寻址模式打破了实模式下内存寻址所受到的制约,提高了内存资源
的使用效率。
3.保护模式下的V86模式
为了使DOS实模式应用程序无需修改就可以在Windows95保护模式下直接运行，系统
提供了V86模式。它与实模式下的内存寻址模式非常相似，提供了段内线性分页管理
技术，由段的属性部分控制分页特征。当系统进入V86模式后，在应用程序中对物理
内存单元的读写方法与DOS实模式下完全相同。当在保护模式方式下运行DOS实模式
下的应用程序时，Windows的虚拟机器管理器(VMM)就创建一个虚拟的8086机器，它
仿真了全部的8086处理器，包括内存、I/O设备和所有在启动Windows时运行着的
TSR、设备驱动程序以及网络软件，以便使该应用程序在其上运行，执行完应用程序
后再重新恢复原来的保护模式。值得注意的是，尽管V86模式下运行了DOS实模式的
程序代码，但并不是和实模式相似的方式运行，而是和保护模式相似的方式运行，
所以说V86模式实质是一种能运行实模式软件的保护模式。
如果系统正处于V86模式，那么使用保护模式下的内存寻址模式就无法读写物理内存
单元，而必须用实模式下的内存寻址模式来进行读写。在Windows95下你可以查看
“控制面板|系统|性能”页，如果看到“驱动器C:正在使用兼容的分页存储技术”
、“兼容的分页存储技术降低了整个系统性能”的信息，就表示系统正处于V86模
式；如果看到的是“您的系统是按照最优性能配置的”的信息，则表示系统正处于
保护模式下的内存寻址模式。
4.Windows95下物理内存单元的可靠读写
由于上述原因，我们在编写Windows95下内存读写程序时，必须兼顾两种寻址模式，
使得程序不仅在真正的保护模式下能运行，在系统处于V86模式时也能正常运行，以
提高程序运行的可靠性。下面是程序的主要代码：
(
LONG FAR PASCAL _export WndProc(HWND hWnd,UNIT Message,
WPARPAM wParam,LPARAM lParam)
{
unsigned int i;
char far *pt; //内存单元读写指针
UINT Selector1,Selector2;
WORD Segment,Offset,Start;
DWORD Base,Limit;
BOOL flag;
flag=TRUE;
char Test[10];
switch(Message)
{
case WM_CREATE:
__asm move Selector1,DS; //将数据段寄存器DS作为模板
Selector2=AllocSelector(Selector1); //分配一个新选择器
if(Selector2==NULL) //保护模式失败
{
flag=FALSE;
pt=(char far*)0xD000; //V86模式下的指针
}
else
{
Segment=0xD000; //访问的物理段基址
Offset=0x0100; //访问界限
Start=0x0000; //访问偏移起始地址
Base=((unsigned long)Segment)<<4|Start;//形成基地址
Limit=(unsigned long)Offset-1; //形成访问界限值
SetSelectorBase(Selector2,Base); //设置物理起始地址
SetSelectorLimit(Selector2,Limit); //设置物理访问界限
pt=(char far*)(((unsigned long)selector2)<<16)|Start);
} //形成保护模式下的远指针
for(i=0;i<10;i++)
*pt++=i; //用pt进行写操作
pt--;
for(i=10;i>0;i--)
Test[i]= *pt--; //用pt进行读操作
break;
(
case WM_DESTROY:
if(flag==TRUE)
FreeSelector(Selector2); //释放选择器
PostQuitMessage(0);
break;
(
}
}
5.结束语
以上介绍的主要内容是对保护模式下的物理内存单元读写失败后，自动转入到DOS实
模式进行读写，提高了程序运行的可靠性。Windows下的物理内存单元读写用途十分
广泛，如直接读写BIOS数据区、直接对视频缓冲区操作、数据I/O板的扩展地址存取
以及与DOS的TSR程序通信等等。值得注意的是，在使用时一定要小心，必须保证指
针指向一个有效的、固定的内存块，且操作不能越出界限，以免带来麻烦；还有,
对指定的内存操作完毕后，切莫忘记释放对应的选择器，以释放所占用的内存资
源。
主要参考资料：
?.Andrew Schulman ,“Unauthorized Windows”,IDG Books Worldwide ,Inc.,1994
?Adrian King,“Inside Windows95”, Microsoft Press,1994
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