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MM 学习笔记 09：进程会话与工作集

文件：ntoskrnl/mm/ARM3/procsup.c+ntoskrnl/mm/ARM3/session.c+ntoskrnl/mm/ARM3/wslist.cpp+ntoskrnl/mm/balance.c

日期：2026-07-19

1. 概述

这一组文件管理三个紧密相关的子系统：

2. procsup.c — 进程地址空间管理

位置：ntoskrnl/mm/ARM3/procsup.c

2.1 MmCreateProcessAddressSpace

NTSTATUS NTAPIMmCreateProcessAddressSpace(IN ULONG MinWs,IN PEPROCESS Process,OUT PULONG_PTR DirectoryTableBase)

位置：procsup.c:1161

创建新进程的地址空间，分配页目录、超空间和工作集页面：

MmCreateProcessAddressSpace │ ├─ 1. 生成进程颜色（用于缓存优化） │ └─ Process->NextPageColor = RtlRandom(&MmProcessColorSeed) │ ├─ 2. 初始化超空间锁 │ ├─ 3. 分配关键页面（锁定 PFN 数据库） │ │ │ ├─ TableBaseIndex → 页目录（Page Directory） │ │ └─ 使用 MiRemoveZeroPageSafe 优先获取零页 │ │ │ ├─ HyperIndex → 超空间页（Hyperspace） │ │ └─ 用于临时映射物理页 │ │ │ └─ WsListIndex → 工作集列表页（Working Set List） │ └─ 存储 WSL（Working Set List） │ ├─ 4. 设置基地址 │ ├─ Process->WorkingSetPage = WsListIndex │ └─ DirectoryTableBase[0/1] 赋值 │ ├─ 5. 架构相关初始化 │ └─ MiArchCreateProcessAddressSpace(Process, DirectoryTableBase) │ └─ 6. 插入进程链表 └─ InsertTailList(&MmProcessList, &Process->MmProcessLinks)

2.2 MmDeleteProcessAddressSpace

VOID NTAPIMmDeleteProcessAddressSpace(IN PEPROCESS Process)

位置：procsup.c:1357

释放进程地址空间：

MmDeleteProcessAddressSpace │ ├─ 1. 从进程链表移除 │ └─ RemoveEntryList(&Process->MmProcessLinks) │ ├─ 2. 从工作集扩展链表移除 │ └─ RemoveEntryList(&Process->Vm.WorkingSetExpansionLinks) │ ├─ 3. 释放工作集页面 │ ├─ MiGetPfnEntry(Process->WorkingSetPage) │ ├─ MI_SET_PFN_DELETED │ └─ MiDecrementShareCount → 两次（PTE 和页面） │ ├─ 4. 释放超空间页面 │ └─ 同样标记 PFN_DELETED 并减少引用 │ ├─ 5. 释放页目录 │ └─ PageFrameIndex = Process->Pcb.DirectoryTableBase[0] >> PAGE_SHIFT │ MI_SET_PFN_DELETED │ MiDecrementShareCount × 2（自映射 PDE） │ ├─ 6. 释放 Session 引用 │ └─ MiReleaseProcessReferenceToSessionDataPage │ └─ 7. 清零目录基地址 └─ Process->Pcb.DirectoryTableBase[0/1] = 0

2.3 MmCreatePeb / MmCreateTeb

NTSTATUS NTAPIMmCreatePeb(IN PEPROCESS Process,OUT PVOID*Peb)

位置：procsup.c:518

NTSTATUS NTAPIMmCreateTeb(IN PEPROCESS Process,OUT PVOID*Teb)

位置：procsup.c:753

这两个函数类似，都通过MiCreatePebOrTeb实现：

MiCreatePebOrTeb(Process, Size, &BaseAddress) │ ├─ 1. 分配配额（PsChargeProcessNonPagedPoolQuota） │ ├─ 2. 分配 VAD（MMVAD_LONG） │ └─ 标签 'ldaV' │ ├─ 3. 设置 VAD 属性 │ ├─ CommitCharge = BYTES_TO_PAGES(Size) │ ├─ MemCommit = TRUE │ ├─ PrivateMemory = TRUE │ ├─ Protection = MM_READWRITE │ ├─ NoChange = TRUE │ └─ VadFlags2.OneSecured = TRUE （防误删） │ ├─ 4. 计算基地址 │ ├─ PEB: 随机选择 MM_HIGHEST_VAD_ADDRESS 之上的一个页面 │ ├─ TEB: 在用户栈附近 │ └─ 使用 MiInsertVadEx 插入 VAD 树 │ └─ 5. 提交页面 └─ MmCommitPageMemory → 分配物理页

PEB vs TEB 的关键差异：

2.4 MmCreateKernelStack / MmDeleteKernelStack

NTSTATUS NTAPIMmCreateKernelStack(IN BOOLEAN GuiStack,IN ULONG_PTR StackSize,OUT PVOID*StackBase)

位置：procsup.c:276

VOID NTAPIMmDeleteKernelStack(IN PVOID StackBase,IN BOOLEAN GuiStack)

位置：procsup.c:187

内核栈管理：

• 每个线程有一个内核栈
• GUI 线程（Win32k）需要更大的栈
• 栈页面标记为NoAccess的守卫页用于检测栈溢出

MmCreateKernelStack: ├─ 分配连续虚拟地址空间（通过 MiAllocateVad） ├─ 提交物理页面（部分提交） ├─ 设置栈顶的守卫页（MM_GUARDPAGE） └─ 返回栈基地址

2.5 AWE 系统调用

AWE（Address Windowing Extensions）允许 32 位应用程序访问超过 4GB 的物理内存：

NTSTATUS NTAPINtAllocateUserPhysicalPages(IN HANDLE ProcessHandle,IN OUT PULONG_PTR NumberOfPages,OUT PULONG_PTR UserPfnArray)

位置：procsup.c:1434

当前实现是存根（stub）状态，尚未完全实现：

NtAllocateUserPhysicalPages → DPRINT1("UNIMPLEMENTED\n") → return STATUS_NOT_IMPLEMENTED NtMapUserPhysicalPages → DPRINT1("UNIMPLEMENTED\n") → return STATUS_NOT_IMPLEMENTED NtAllocateUserPhysicalPagesEx → 同状态

3. session.c — Session 管理

位置：ntoskrnl/mm/ARM3/session.c

Session 是 Windows 终端服务/多会话支持的核心概念。每个 Session 包含一组进程、一个独立的窗口站和桌面。

3.1 Session 空间地址范围

在 x86 32 位系统中：

Session 空间: 0xA0000000 - 0xC0000000 (512MB) ↓ 页表覆盖整个 Session 区域

3.2 核心全局变量

PMM_SESSION_SPACE MmSessionSpace;// 当前 Session 空间指针PFN_NUMBER MiSessionDataPages;// Session 数据页数PFN_NUMBER MiSessionTagPages;// Session 标签页数PFN_NUMBER MiSessionCreateCharge;// 创建 Session 的配额KGUARDED_MUTEX MiSessionIdMutex;// Session ID 位图锁PRTL_BITMAP MiSessionIdBitmap;// Session ID 位图volatileLONG MiSessionLeaderExists;// Session 领导者存在标志LIST_ENTRY MiSessionWsList;// Session 工作集链表

3.3 MmSessionCreate

NTSTATUS NTAPIMmSessionCreate(OUT PULONG SessionId)

位置：session.c:827

MmSessionCreate │ ├─ 1. 检查进程是否已在 Session 中 │ ├─ 2. 设置 Session Leader │ └─ 原子操作 InterlockedCompareExchange(&MiSessionLeaderExists, 1, 0) │ ├─ 3. 调用 MiSessionCreateInternal 创建 Session │ │ │ ├─ 设置 PSF_SESSION_CREATION_UNDERWAY_BIT 标志 │ ├─ 分配页表（x86: 512MB 空间的页表） │ ├─ 从位图分配 Session ID │ ├─ 保留系统 PTE │ ├─ 分配数据页（零页） │ ├─ 分配标签页 │ ├─ 设置 PDE 映射 │ └─ 初始化 Session 空间 │ ├─ 4. 初始化 Session 工作集 │ └─ MiSessionInitializeWorkingSetList() │ └─ 5. 设置完成标志 └─ MmSessionSpace->u.Flags.Initialized = 1

3.4 MmSessionDelete

NTSTATUS NTAPIMmSessionDelete(IN ULONG SessionId)

位置：session.c:887

3.5 MmAttachSession / MmDetachSession

VOID NTAPIMmAttachSession(IN PEPROCESS Process,IN PVOID SessionObject)

位置：session.c:917

VOID NTAPIMmDetachSession(IN PEPROCESS Process)

位置：session.c:985

MmAttachSession: ├─ 增加引用计数 ├─ 附加进程到 Session 空间 ├─ 设置 Process->Session 指针 ├─ 插入 Session 进程链表 └─ 激活 Session 空间（切换 PDE） MmDetachSession: ├─ 减少引用计数 ├─ 从 Session 进程链表移除 ├─ 如果引用为 0 → MiDereferenceSessionFinal │ ├─ 设置 DeletePending 标志 │ ├─ 等待所有进程分离 │ └─ 释放资源 └─ 清除 Process->Session 指针

3.6 Session ID 位图管理

voidNTAPIMiInitializeSessionIds(VOID){// 计算需要的数据页数MiSessionDataPages=ROUND_TO_PAGES(sizeof(MM_SESSION_SPACE))>>PAGE_SHIFT;// 标签页大小（池标签跟踪）MiSessionTagSizePages=2;MiSessionBigPoolPages=1;MiSessionTagPages=MiSessionTagSizePages+MiSessionBigPoolPages;// 创建 Session 的总配额MiSessionCreateCharge=1+MiSessionDataPages+MiSessionTagPages;// 初始化位图（初始 64 个 Session ID）MiSessionIdBitmap=ExAllocatePoolWithTag(PagedPool,sizeof(RTL_BITMAP)+BitmapSize,TAG_MM);RtlInitializeBitMap(MiSessionIdBitmap,(PVOID)(MiSessionIdBitmap+1),Size);RtlClearAllBits(MiSessionIdBitmap);}

3.7 Session 生命周期图

┌────────────┐ │ 系统启动 │ └─────┬──────┘ │ ▼ ┌──────────────────┐ │ MiInitialize │ │ SessionIds │ ← 初始化 ID 位图 └──────┬───────────┘ │ ▼ ┌──────────────────┐ │ MmSessionCreate │ ← 创建 Session │ │ │ │ ├─ 分配 Session │ │ │ ID 和数据页 │ │ ├─ 设置 PDE │ │ └─ 初始化工作集 │ └──────┬───────────┘ │ ▼ ┌──────────────────┐ │ MmAttachSession │ ← 进程附加到 Session │ └─ 增加引用计数 │ └──────┬───────────┘ │ ▼ ┌──────────────────┐ │ MmDetachSession │ ← 进程分离 │ └─ 减少引用计数 │ └──────┬───────────┘ │ ▼ (引用计数 = 0) ┌──────────────────────┐ │ MiDereference │ ← 最终清理 │ SessionFinal │ │ ├─ 设置 Delete │ │ │ Pending │ │ ├─ 等待分离完成 │ │ └─ 释放所有资源 │ └──────────────────────┘

4. wslist.cpp — 工作集列表管理

位置：ntoskrnl/mm/ARM3/wslist.cpp

注意：这是 MM 子系统中唯一的 C++ 文件，使用了 C++ 特性（引用传递等）。

4.1 核心数据结构

PMMWSL MmWorkingSetList;// 系统工作集列表PMMWSL MmSystemCacheWorkingSetList;// 系统缓存工作集列表KEVENT MmWorkingSetManagerEvent;// 工作集管理器事件

工作集列表条目（WSLE）：

typedefstruct_MMWSLE{union{struct{ULONG_PTR Valid:1;// 有效位ULONG_PTR Locked:1;// 锁定位ULONG_PTR Cache:1;// 缓存位ULONG_PTR Protection:5;// 保护ULONG_PTR VirtualPageIndex:56;// 虚拟页索引}e1;struct{ULONG_PTR NextFree:28;// 下一个空闲条目ULONG_PTR PreviousFree:28;// 上一个空闲条目ULONG_PTR MustBeZero:8;}Free;LONGLONG Long;}u1;}MMWSLE,*PMMWSLE;

4.2 MiInitializeWorkingSetList

NTSTATUS NTAPIMiInitializeWorkingSetList(PMMWSL WsList,ULONG_PTR WsListPage)

初始化工作集列表：

1. 映射工作集列表页面
2. 设置 ListHead、LastEntry、FirstFree 等字段
3. 初始化分配位图

4.3 MiInsertInWorkingSetList

ULONG_PTR NTAPIMiInsertInWorkingSetList(PMMWSL WsList,PMMWSLE Wsle)

在 WSL 中插入一个新的工作集条目：

1. 从空闲链表获取一个槽位
2. 写入 WSLE 数据
3. 更新链表指针

4.4 MiRemoveFromWorkingSetList

VOID NTAPIMiRemoveFromWorkingSetList(PMMWSL WsList,ULONG_PTR Index)

从 WSL 中移除一个条目：

1. 标记为无效
2. 插入空闲链表
3. 如果移除的是最后一个条目，缩小列表

staticvoidFreeWsleIndex(PMMWSL WsList,ULONG Index){PMMWSLE Wsle=WsList->Wsle;ULONG&LastEntry=WsList->LastEntry;ULONG&FirstFree=WsList->FirstFree;ULONG&LastInitializedWsle=WsList->LastInitializedWsle;Wsle[Index].u1.Long=0;// 擦除条目if(Index==(LastEntry-1)){// 释放最后一个条目，缩小列表while(Wsle[Index].u1.e1.Valid==0)Index--;LastEntry=Index+1;// 收缩已分配的内存while((LastInitializedWsle-LastEntry)>(PAGE_SIZE/sizeof(MMWSLE))){// 释放一页PFN_NUMBER Page=PFN_FROM_PTE(PointerPte);ntoskrnl::MiPfnLockGuard PfnLock;PMMPFN Pfn=MiGetPfnEntry(Page);MI_SET_PFN_DELETED(Pfn);MiDecrementShareCount(...);}}}

4.5 MmWorkingSetManager 工作集管理器

NTSTATUS NTAPIMmWorkingSetManager(ULONG_PTR Parameter)

工作集管理器负责在内存压力下修剪工作集：

MmWorkingSetManager │ ├─ 等待事件（MmWorkingSetManagerEvent） │ ├─ 遍历所有进程的工作集 │ ├─ 计算需要修剪的页面数 │ ├─ 修剪（Trim） │ └─ 从 WSL 中移除页面，放回备用列表 │ └─ 重复

4.6 TrimWsList 工作集修剪

修剪算法的核心：遍历工作集列表，将最近未访问的页面换出。

TrimWsList(WsList, Target) │ ├─ 遍历 WSLE 条目 │ ├─ 检查 Accessed 位 │ ├─ 已访问 → 清除 Accessed 位，跳过 │ └─ 未访问 → 准备换出 │ ├─ 锁定页面（防止正在使用） │ ├─ 为页面分配页文件槽位 │ ├─ 写入页面内容到交换文件 │ ├─ 从工作集移除 │ └─ MiRemoveFromWorkingSetList │ └─ 更新统计

5. balance.c — 内存平衡器

位置：ntoskrnl/mm/balance.c

5.1 核心数据结构

MM_MEMORY_CONSUMER MiMemoryConsumers[MC_MAXIMUM];// 消费者数组staticULONG MiMinimumAvailablePages=256;// 最小可用页数staticULONG MiMinimumPagesPerRun=256;// 每轮最少回收页数staticKEVENT MiBalancerEvent;// 平衡器事件staticKEVENT MiBalancerDoneEvent;// 完成事件staticKTIMER MiBalancerTimer;// 定时器// 消费者类型#defineMC_USER0// 用户进程#defineMC_MAXIMUM1

5.2 内存消费者

typedefstruct_MM_MEMORY_CONSUMER{ULONG PagesUsed;// 已使用页数ULONG PagesTarget;// 目标页数NTSTATUS(*Trim)(ULONG Target,ULONG Priority,PULONG NrFreed);// 修剪回调ULONG MinimumPages;// 最小页数}MM_MEMORY_CONSUMER;

初始化：

CODE_SEG("INIT")VOID NTAPIMmInitializeBalancer(ULONG NrAvailablePages,ULONG NrSystemPages){memset(MiMemoryConsumers,0,sizeof(MiMemoryConsumers));MiMinimumAvailablePages=256;MiMinimumPagesPerRun=256;MiMemoryConsumers[MC_USER].PagesTarget=NrAvailablePages/2;}

5.3 MiBalancerThread 平衡器线程主循环

MiBalancerThread(PVOID Unused){PVOID WaitObjects[2];WaitObjects[0]=&MiBalancerEvent;// 手动触发WaitObjects[1]=&MiBalancerTimer;// 定时触发while(TRUE){KeSetEvent(&MiBalancerDoneEvent,IO_NO_INCREMENT,FALSE);// 等待事件或定时器KeWaitForMultipleObjects(2,WaitObjects,...);// 计算需要回收的页面数Target=256;// 遍历消费者MiTrimMemoryConsumer(MC_USER,Target);}}

5.4 MmTrimUserMemory 用户内存修剪

NTSTATUSMmTrimUserMemory(ULONG Target,ULONG Priority,PULONG NrFreedPages)

两种模式：

• Priority = 0：仅清除 Accessed 位（不实际换出）
• Priority = 1：实际换出页面（调用MmPageOutPhysicalAddress）

MmTrimUserMemory │ ├─ Priority = 0 (低优先级) │ └─ 遍历用户页面的反向映射 │ └─ Pte->u.Hard.Accessed = 0 (清除访问位) │ └─ Priority = 1 (高优先级) └─ 调用 MmPageOutPhysicalAddress 换出页面 ├─ 获取反向映射条目 ├─ 锁定地址空间 ├─ 写入交换文件 └─ 释放物理页面

5.5 MmRebalanceMemoryConsumers 重新平衡

VOID NTAPIMmRebalanceMemoryConsumers(VOID){// 如果平衡器不在运行，触发它if(InterlockedCompareExchange(&PageOutThreadActive,1,0)==0){KeSetEvent(&MiBalancerEvent,IO_NO_INCREMENT,FALSE);}}

同步版本：

VOID NTAPIMmRebalanceMemoryConsumersAndWait(VOID){KeResetEvent(&MiBalancerDoneEvent);MmRebalanceMemoryConsumers();KeWaitForSingleObject(&MiBalancerDoneEvent,...);}

5.6 平衡器流程图

┌──────────────────────────┐ │ 系统初始化 │ │ MmInitializeBalancer │ │ └─ 设置目标页数 │ └──────────┬───────────────┘ │ ▼ ┌──────────────────────────┐ │ 创建平衡器线程 │ │ PsCreateSystemThread │ │ → MiBalancerThread │ └──────────┬───────────────┘ │ ▼ ┌──────────┐ │ 等待事件 │ ←──────┐ │ (定时/触发)│ │ └─────┬────┘ │ │ │ ▼ │ ┌──────────┐ │ │ 计算目标 │ │ │ Target=256│ │ └─────┬────┘ │ │ │ ▼ │ ┌──────────┐ │ │ MiTrim │ │ │ Consumer │ │ └─────┬────┘ │ │ │ ▼ │ ┌──────────┐ │ │ 设置完成 │─────────┘ │ 事件 │ └──────────┘

6. 三个子系统的关系

┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ balance.c │ │ MiBalancerThread │ │ │ │ │ MmRebalanceMemoryConsumers │ │ │ │ └────────────────────┼─────────────────────────────────┘ │ 触发 ▼ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ wslist.cpp │ │ MmWorkingSetManager │ │ │ │ │ Trim → MiRemoveFromWorkingSetList │ │ │ │ └────────────────────┼─────────────────────────────────┘ │ 页面回收 ▼ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ procsup.c │ │ MmCreateProcessAddressSpace │ │ MmCreatePeb / MmCreateTeb │ │ MmCreateKernelStack │ │ │ │ │ ▼ │ │ MmDeleteProcessAddressSpace │ │ │ │ └────────────────────┼─────────────────────────────────┘ │ Session 管理 ▼ ┌─────────────────────────────────────────────────────┐ │ session.c │ │ MmSessionCreate → MmAttachSession │ │ MmSessionDelete → MmDetachSession │ │ MiSessionCreateInternal │ └─────────────────────────────────────────────────────┘

关键交互路径：

1. 进程创建→MmCreateProcessAddressSpace→ 分配页目录/工作集页
2. Session 创建→MmSessionCreate→MiSessionCreateInternal→ 分配 Session 空间
3. 内存压力→MmRebalanceMemoryConsumers→MiBalancerThread→Trim→ 页面回收
4. 工作集修剪→MmWorkingSetManager→TrimWsList→ 页面换出

参考链接

• [procsup.c — 进程地址空间管理](file:///d:/reactos/ntoskrnl/mm/ARM3/procsup.c)
• [session.c — Session 管理](file:///d:/reactos/ntoskrnl/mm/ARM3/session.c)
• [wslist.cpp — 工作集列表](file:///d:/reactos/ntoskrnl/mm/ARM3/wslist.cpp)
• [balance.c — 内存平衡器](file:///d:/reactos/ntoskrnl/mm/balance.c)
• [Windows Internals 7th Part 1, Chapter 10 “Memory Management”]