Win64、MacOS与Linux下虚拟地址空间获取及内存独立置备方案问询

你要求的所有功能在Win64、macOS上都可以实现，能力和Linux下mmap方案完全对齐。

Linux（已知方案补全对应需求的参数） #

• 初始获取不可访问的地址空间：调用mmap(NULL, 大小, PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_NORESERVE, -1, 0)，MAP_NORESERVE保证初始不预留任何后备存储，PROT_NONE保证访问直接触发SIGSEGV。
• 逐步提交可访问范围：对需要置备的区间调用mprotect(地址, 长度, PROT_READ | PROT_WRITE)，内核会自动分配物理页/swap后备，失败返回ENOMEM即为后备存储耗尽。
• 取消置备保留地址空间：对目标区间调用madvise(地址, 长度, MADV_DONTNEED)（旧内核）或MADV_FREE（5.4+内核更高效），对应页的后备存储会被回收，地址空间仍归当前进程占用。
• 大页优化：mmap时增加MAP_HUGETLB标志显式申请大页，或调用madvise(地址, 长度, MADV_HUGEPAGE)让内核自动合并透明大页。

Win64 #

• 初始获取不可访问的地址空间：调用VirtualAlloc(NULL, 大小, MEM_RESERVE, PAGE_NOACCESS)，仅保留虚拟地址范围，不分配物理内存/页文件空间，访问直接触发访问违规异常。
• 逐步提交可访问范围：对需要置备的区间调用VirtualAlloc(地址, 长度, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE)，仅此时分配后备存储，返回NULL且GetLastError为ERROR_COMMITMENT_LIMIT时即为后备耗尽。
• 取消置备保留地址空间：对目标区间调用VirtualFree(地址, 长度, MEM_DECOMMIT)，仅回收后备存储，虚拟地址范围仍保留。
• 大页优化：给进程授予SeLockMemoryPrivilege权限后，VirtualAlloc时增加MEM_LARGE_PAGES标志即可申请大页。

macOS #

• 初始获取不可访问的地址空间：调用mmap(NULL, 大小, PROT_NONE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS | MAP_NORESERVE, -1, 0)，效果和Linux完全一致，初始无后备存储、访问触发SIGSEGV。
• 逐步提交可访问范围：对需要置备的区间调用mprotect(地址, 长度, PROT_READ | PROT_WRITE)，失败返回ENOMEM即为后备耗尽。
• 取消置备保留地址空间：对目标区间调用madvise(地址, 长度, MADV_DONTNEED)，对应页后备存储回收，地址空间保留。
• 大页优化：mmap时增加MAP_HUGETLB标志，或使用vm_allocate接口指定VM_FLAGS_SUPERPAGE_SIZE_2MB（x86）/VM_FLAGS_SUPERPAGE_SIZE_16MB（arm64）显式申请大页。

全平台通用兜底方案 #

不需要依赖任何平台专属API，兼容性最好：

1. 先申请一块大小为2^N + 目标大小的地址空间，拿到初始基地址
2. 计算初始基地址向上对齐到2^N的目标地址
3. 释放目标地址前后多余的地址段，剩余的连续区间就是符合2^N对齐要求的目标地址空间。

各平台原生最优方案 #

性能更高，不需要额外申请释放冗余空间：

• Linux：mmap时如果目标大小为2^N且≥页大小，内核默认会返回不小于大小对齐的地址；要求严格对齐可使用MAP_FIXED_NOREPLACE标志，提前扫描可用地址空间后传入目标基地址即可。
• Win64：使用VirtualAlloc2接口，传入MEM_ADDRESS_REQUIREMENTS结构体，将Alignment字段设置为你需要的2^N值，接口会直接返回符合对齐要求的地址。
• macOS：和Linux逻辑一致，使用MAP_FIXED_NOREPLACE指定对齐后的基地址即可，也可通过vm_allocate_ex接口直接传入对齐参数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Yates