10.1 內 存 管 理

10.1.1  內存管理基礎 
Win32中的內存管理是分層次的，系統提供了幾組層次不同的函數來管理內存，它們是標準內存管理函數、堆管理函數、虛擬內存管理函數和內存映射文件函數。所有的這些函數都是為了讓用戶能在比較高的層次上方便地管理內存，以便將程序和底層的內存分頁機制隔離開來。如圖10.1所示，這幾組函數的層次是各不相同的。



圖10.1  Windows的內存分層管理

Windows使用一個以頁為基礎的虛擬內存系統，與分頁有關的概念已經在第1章的1.3.2小節中有所介紹。Windows充分利用了80x86處理器保護模式下的線性尋址機制和分頁機制，這些機制是Win32內存管理的基礎，Win32提供了一組虛擬內存管理函數來管理虛擬內存，主要用于保留/提交/釋放虛擬內存，在虛擬內存頁上改變保護方式，鎖定虛擬內存頁以及查詢一個進程的虛擬內存等操作，這是一組位于底層的函數。

堆管理函數相對比較高級一點，堆的主要功能就是有效地管理內存和進程的地址空間。DOS操作系統下的C語言中就已經有了“堆”的概念，這時的“堆”是程序初始化時向操作系統申請并預留的大塊內存，程序通過C函數在這塊空間中申請和釋放內存。

在Win32中，進程可以使用的整個地址空間就是一個堆。并且“堆”的概念又被引伸了一步：Win32中分兩種堆，一種是進程的“默認堆”，默認堆只有一個，指的就是可以使用的整個地址空間；另一種是“動態堆”，也稱為“私有堆”，私有堆類似于DOS下C語言中使用的那種堆，一個進程可以隨意建立多個私有堆，也可以隨意將它們釋放，私有堆全部位于默認堆中，從概念上看，它和默認堆并沒有什么不同，就像一個跨國公司和屬下的子公司同樣都是按照公司的規程操作一樣。使用堆管理函數可以對所有的私有堆和默認堆進行操作。

標準內存管理函數總是在默認堆中分配和釋放內存，這組函數就是常規意義上的內存管理函數。

內存映射文件函數相對比較獨立，它是為了文件操作的方便性而設立的，當對文件進行操作的時候，一般總是先打開文件，然后申請一塊內存用做緩沖區，再將文件數據循環讀入并處理，當文件長度大于緩沖區長度的時候需要多次讀入，每次讀入后處理緩沖區邊界位置的數據往往是個麻煩的問題。曾經介紹過Windows可以使用磁盤文件當做虛擬內存（參考圖1.5，虛擬內存的實現），內存映射文件函數使用同樣的辦法將一個文件直接映射到進程的地址空間中，這樣可以通過內存指針用讀寫內存的辦法直接存取文件內容。

對比這些函數，可以發現它們涉及的系統資源是各不相同的，如表10.1所示。

表10.1  不同內存管理函數的操作對象

內存管理函數
 涉 及 方 面
 
標準內存管理函數
 一個進程的默認堆
 
堆管理函數
 一個進程的虛擬地址空間、系統內存、進程堆資源結構
 
虛擬內存管理函數
 一個進程的虛擬地址空間、系統頁文件、系統內存、硬盤空間
 
內存映射文件函數
 一個進程的虛擬地址空間、系統頁文件、系統內存、硬盤空間、標準文件I/O
 

10.1.2  內存的當前狀態

在第1章中已經介紹過，一個進程可以尋址的地址空間是4 GB，但用戶可以直接管理的地址空間是多大呢？實際上，高端的2 GB是供操作系統內核使用的，其中安排了操作系統的代碼和數據（Windows 9x中還包括共享內存映射的地址空間），可供應用程序使用的地址空間是低端的2 GB，這2 GB除去應用程序與用戶DLL等的代碼和靜態數據段以后，余下來的才是內存管理函數可以使用的地址空間，應用程序和用戶DLL的大小一般只有幾兆字節到上百兆字節，所以可以認為能自由使用的地址空間基本上是2 GB。

既然用戶可以使用的地址空間大概為2 GB，讀者千萬不要認為就可以申請2 GB的內存了，因為這2 GB僅是可以使用的“地址”空間，而不是可以使用的“內存”空間，可分配內存的大小還受制于物理內存和磁盤交換文件的大小。因為物理內存和磁盤交換文件是供整個系統和所有用戶程序使用的，所有系統內核、當前執行的所有用戶程序的代碼、數據以及分配的內存總量并不能超過物理內存和磁盤交換文件的總和。

當設計一個可能需要申請大量內存的程序時，如何預先得知系統的配置情況呢？對此可以使用GlobalMemoryStatus函數：

 

  invoke  GlobalMemoryStatus，lpBuffer

lpBuffer指向一個MEMORYSTATUS結構，結構的定義如下：

MEMORYSTATUS STRUCT

  dwLength     DWORD   ? ；本結構的長度

  dwMemoryLoad   DWORD   ? ；已用內存的百分比

  dwTotalPhys DWORD   ? ；物理內存總量

  dwAvailPhys DWORD   ? ；可用物理內存

  dwTotalPageFile DWORD   ? ；交換文件總的大小

  dwAvailPageFile DWORD   ? ；交換文件中空閑部分大小

  dwTotalVirtual   DWORD   ? ；用戶可用的地址空間

  dwAvailVirtual   DWORD   ? ；當前空閑的地址空間

MEMORYSTATUS ENDS

在調用之前需要首先將dwLength字段設置為MEMORYSTATUS結構的長度，當調用GlobalMemoryStatus函數后，函數會在結構中返回對應的數值。注意：dwTotalPageFile字段返回的是交換文件的最大值，并不是當前實際建立的交換文件的大小，一般當前的交換文件大小會小于這個數值，但這個數值的大小也不是確定的，如果需要的話，系統會增加它的大小直到不再有空余的磁盤空間放置交換文件為止。

在所附光盤的Chapter10\MemInfo目錄中的MemInfo.asm文件利用這個功能定時獲取并顯示當前內存的使用信息，源代碼如下：

    .386

    .model flat, stdcall

    option casemap :none

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

; Include 文件定義

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

include   windows.inc

include   user32.inc

includelib    user32.lib

include   kernel32.inc

includelib    kernel32.lib

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

; Equ 等值定義

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

ICO_MAIN     equ   1000

DLG_MAIN     equ   100

IDC_INFO     equ     101

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

; 數據段

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

 

  .data?

hInstance dd    ?

hWinMain dd   ?

 

.const

szInfo db ~物理內存總數 %lu 字節~,0dh,0ah

db ~空閑物理內存 %lu 字節~,0dh,0ah

db ~虛擬內存總數 %lu 字節~,0dh,0ah

db ~空閑虛擬內存 %lu 字節~,0dh,0ah

db ~已用內存比例 %d%%~,0dh,0ah

db   ~————————————————~,0dh,0ah

db ~用戶地址空間總數 %lu 字節~,0dh,0ah

db ~用戶可用地址空間 %lu 字節~,0dh,0ah,0

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

; 代碼段

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

 

    .code

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

_GetMemInfo   proc

    local @stMemInfo:MEMORYSTATUS

    local @szBuffer[1024]:byte

 

    mov   @stMemInfo.dwLength,sizeof @stMemInfo

    invoke  GlobalMemoryStatus,addr @stMemInfo

    invoke  wsprintf,addr @szBuffer,addr szInfo,\

    @stMemInfo.dwTotalPhys,@stMemInfo.dwAvailPhys,\

      @stMemInfo.dwTotalPageFile,\

    @stMemInfo.dwAvailPageFile,\

    @stMemInfo.dwMemoryLoad,\

    @stMemInfo.dwTotalVirtual,@stMemInfo.dwAvailVirtual

    invoke  SetDlgItemText,hWinMain,IDC_INFO,addr @szBuffer

    ret

 

_GetMemInfo   endp

;>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

_ProcDlgMain     proc     uses ebx edi esi hWnd,wMsg,wParam,lParam

 

    mov   eax,wMsg

    .if   eax ==  WM_TIMER

      call     _GetMemInfo

    .elseif eax ==  WM_CLOSE

    invoke  KillTimer,hWnd,1

      invoke  EndDialog,hWnd,NULL

;********************************************************************

      .elseif eax ==  WM_INITDIALOG

    push     hWnd

    pop   hWinMain

    invoke  LoadIcon,hInstance,ICO_MAIN

    invoke  SendMessage,hWnd,WM_SETICON,ICON_BIG,eax

    invoke  SetTimer,hWnd,1,1000,NULL

    call     _GetMemInfo

;********************************************************************

    .else

    mov   eax,FALSE

    ret

    .endif

    mov   eax,TRUE