Windows---内存管理

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虚拟内存

页文件是存在硬盘上的系统文件,它的大小可以在系统属性里面设置,它相当于物理内存,所以称为虚拟内存。事实上,它的大小是影响系统快慢的关键所在,如果物理内存不多的情况下。每页的大小和上述所说内存分配的最小单位是一样的,通常是4K或8K

进程地址空间的地址是虚拟地址,也就是说,当取到指令时,需要把虚拟地址转化为物理地址才能够存取数据。这个工作通过页目和页表进行。

文件映射:系统不会将整个exe文件和所有的DLL文件装载进物理内存中,同时它也不会装载进页面文件中。相反,它会建立文件映射,也就是利用exe本身当作页面文件。系统将部分二进制代码装载进内存,分配页面给它。

假设分配了一个页面,物理地址为0x0232 FFF1。其中装载的一个指令虚拟地址为0x4000 1001=0100 0000 00 0000 0000 01 0000 0000 0001。一个页面有4K,系统会将指令保存在低12位0x0001的地址处。同时,系统根据高10位0x0100找到页目项,如果没有关联的页表,系统会生成一个页表,分配一个物理页;然后,根据中10位0x0001找到表项,将物理地址0x0232 FFF1存进去。

执行过程:执行时,当系统拿到一个虚拟地址,就根据页目和页表找到数据的地址,根据页目上的值可以判断页表是在页文件中还是在内存中;如果在页文件中,会将页面导入内存,更新页目项。读取页表项的值后,可以判断数据页文件中还是在物理内存中;如果在页文件中,会导入到内存中,更新页表项。最终,拿到了数据。在分配物理页的过程中,系统会根据内存分配的状况适当淘汰暂时不用的页面,如果页面内容改变了(通过页表项的标志位),保存到页文件中,系统会维护内存与页文件的对应关系。由于将exe文件当作内存映射文件,当需要改变数据,如更改全局变量的值时,利用Copy-On-Write的机制,重新生成页文件,将结果保存在这个页文件中,原来的页文件还是需要被其他进程实例使用的。

在清楚了指令和数据是如何导入内存,如何找到它们的情况下,剩下的就是CPU不断的取指令、运行、保存数据的过程了,当进程结束后,系统会清空之前的各种结构、释放相关的物理内存和删除页文件。   

内存管理机制--虚拟内存 (VM)

虚拟内存使用场合

虚拟内存最适合用来管理大型对象或数据结构。比如说,电子表格程序,有很多单元格,但是也许大多数的单元格是没有数据的,用不着分配空间。也许,你会想到用动态链表,但是访问又没有数组快。定义二维数组,就会浪费很多空间。它的优点是同时具有数组的快速和链表的小空间的优点。

分配虚拟内存

如果你程序需要大块内存,你可以先保留内存,需要的时候再提交物理存储器。在需要的时候再提交才能有效的利用内存。一般来说,如果需要内存大于1M,用虚拟内存比较好。

清除物理存储器内容

清除页面指的是,将页面清零,也就是说当作页面没有改变。假设数据存在物理内存中,系统没有RAM页面后,会将这个页面暂时写进虚拟内存页文件中,这样来回的倒腾系统会很慢;如果那一页数据已经不需要的话,系统可以直接使用。当程序需要它那一页时,系统会分配另一页给它。

虚拟内存的关键之处

虚拟内存存在的优点是,需要的时候才真正分配内存。那么程序必须决定何时才提交内存。如果访问没有提交内存的数据结构,系统会产生访问违规的错误。提交的最好方法是,当你程序需要访问虚拟内存的数据结构时,假设它已经是分配内存的,然后异常处理可能出现的错误。对于访问违规的错误,就提交这个地址的内存。

释放

可以释放整个保留的空间,或者只释放分配的一些物理内存。释放特定分配的物理内存:如果不想释放所有空间,可以只释放某些物理内存。开始地址”是页面的基地址,这个地址不一定是第一页的地址,一个窍门是提供一页中的某个地址就行了,因为系统会做页边界处理,取该页的首地址;“大小”是页面的要释放的字节数;“类型”是MEM_DECOMMIT。

内存管理机制--内存映射文件 (Map)

    和虚拟内存一样,内存映射文件可以用来保留一个进程地址区域;但是,与虚拟内存不同,它提交的不是物理内存或是虚拟页文件,而是硬盘上的文件。

 使用场合

它有三个主要用途:

系统加载EXE和DLL文件

操作系统就是用它来加载exe和dll文件建立进程,运行exe。这样可以节省页文件和启动时间。

访问大数据文件

如果文件太大,比如超过了进程用户区2G,用fopen是不能对文件进行操作的。这时,可用内存映射文件。对于大数据文件可以不必对文件执行I/O操作,不必对所有文件内容进行缓存。

进程共享机制

内存映射文件是多个进程共享数据的一种较高性能的有效方式,它也是操作系统进程通信机制的底层实现方法。RPC、COM、OLE、DDE、窗口消息、剪贴板、管道、Socket等都是使用内存映射文件实现的。

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