10.1 內(nèi) 存 管 理

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



圖10.1  Windows的內(nèi)存分層管理

Windows使用一個以頁為基礎(chǔ)的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)，與分頁有關(guān)的概念已經(jīng)在第1章的1.3.2小節(jié)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(nèi)存管理的基礎(chǔ)，Win32提供了一組虛擬內(nèi)存管理函數(shù)來管理虛擬內(nèi)存，主要用于保留/提交/釋放虛擬內(nèi)存，在虛擬內(nèi)存頁上改變保護方式，鎖定虛擬內(nèi)存頁以及查詢一個進程的虛擬內(nèi)存等操作，這是一組位于底層的函數(shù)。

堆管理函數(shù)相對比較高級一點，堆的主要功能就是有效地管理內(nèi)存和進程的地址空間。DOS操作系統(tǒng)下的C語言中就已經(jīng)有了“堆”的概念，這時的“堆”是程序初始化時向操作系統(tǒng)申請并預留的大塊內(nèi)存，程序通過C函數(shù)在這塊空間中申請和釋放內(nèi)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(tài)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(guī)程操作一樣。使用堆管理函數(shù)可以對所有的私有堆和默認堆進行操作。

標準內(nèi)存管理函數(shù)總是在默認堆中分配和釋放內(nèi)存，這組函數(shù)就是常規(guī)意義上的內(nèi)存管理函數(shù)。

內(nèi)存映射文件函數(shù)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(nèi)存用做緩沖區(qū)，再將文件數(shù)據(jù)循環(huán)讀入并處理，當文件長度大于緩沖區(qū)長度的時候需要多次讀入，每次讀入后處理緩沖區(qū)邊界位置的數(shù)據(jù)往往是個麻煩的問題。曾經(jīng)介紹過Windows可以使用磁盤文件當做虛擬內(nèi)存（參考圖1.5，虛擬內(nèi)存的實現(xiàn)），內(nèi)存映射文件函數(shù)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(nèi)存指針用讀寫內(nèi)存的辦法直接存取文件內(nèi)容。

對比這些函數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)它們涉及的系統(tǒng)資源是各不相同的，如表10.1所示。

表10.1  不同內(nèi)存管理函數(shù)的操作對象

內(nèi)存管理函數(shù)
 涉 及 方 面
 
標準內(nèi)存管理函數(shù)
 一個進程的默認堆
 
堆管理函數(shù)
 一個進程的虛擬地址空間、系統(tǒng)內(nèi)存、進程堆資源結(jié)構(gòu)
 
虛擬內(nèi)存管理函數(shù)
 一個進程的虛擬地址空間、系統(tǒng)頁文件、系統(tǒng)內(nèi)存、硬盤空間
 
內(nèi)存映射文件函數(shù)
 一個進程的虛擬地址空間、系統(tǒng)頁文件、系統(tǒng)內(nèi)存、硬盤空間、標準文件I/O
 

10.1.2  內(nèi)存的當前狀態(tài)

在第1章中已經(jīng)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(tǒng)內(nèi)核使用的，其中安排了操作系統(tǒng)的代碼和數(shù)據(jù)（Windows 9x中還包括共享內(nèi)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(tài)數(shù)據(jù)段以后，余下來的才是內(nèi)存管理函數(shù)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(jié)到上百兆字節(jié)，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(nèi)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(nèi)存”空間，可分配內(nèi)存的大小還受制于物理內(nèi)存和磁盤交換文件的大小。因為物理內(nèi)存和磁盤交換文件是供整個系統(tǒng)和所有用戶程序使用的，所有系統(tǒng)內(nèi)核、當前執(zhí)行的所有用戶程序的代碼、數(shù)據(jù)以及分配的內(nèi)存總量并不能超過物理內(nèi)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(nèi)存的程序時，如何預先得知系統(tǒng)的配置情況呢？對此可以使用GlobalMemoryStatus函數(shù)：

 

  invoke  GlobalMemoryStatus，lpBuffer

lpBuffer指向一個MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的定義如下：

MEMORYSTATUS STRUCT

  dwLength     DWORD   ? ；本結(jié)構(gòu)的長度

  dwMemoryLoad   DWORD   ? ；已用內(nèi)存的百分比

  dwTotalPhys DWORD   ? ；物理內(nèi)存總量

  dwAvailPhys DWORD   ? ；可用物理內(nèi)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(diào)用之前需要首先將dwLength字段設置為MEMORYSTATUS結(jié)構(gòu)的長度，當調(diào)用GlobalMemoryStatus函數(shù)后，函數(shù)會在結(jié)構(gòu)中返回對應的數(shù)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(shù)值，但這個數(shù)值的大小也不是確定的，如果需要的話，系統(tǒng)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(nèi)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(shù)據(jù)段

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

 

  .data?

hInstance dd    ?

hWinMain dd   ?

 

.const

szInfo db ~物理內(nèi)存總數(shù) %lu 字節(jié)~,0dh,0ah

db ~空閑物理內(nèi)存 %lu 字節(jié)~,0dh,0ah

db ~虛擬內(nèi)存總數(shù) %lu 字節(jié)~,0dh,0ah

db ~空閑虛擬內(nèi)存 %lu 字節(jié)~,0dh,0ah

db ~已用內(nèi)存比例 %d%%~,0dh,0ah

db   ~————————————————~,0dh,0ah

db ~用戶地址空間總數(shù) %lu 字節(jié)~,0dh,0ah

db ~用戶可用地址空間 %lu 字節(jié)~,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