15在應(yīng)用程序中使用虛擬內(nèi)存.docx

第15章 在應(yīng)用程序中使用虛擬內(nèi)存Wi n d o w s提供了3種進行內(nèi)存管理的方法，它們是： 虛擬內(nèi)存，最適合用來管理大型對象或結(jié)構(gòu)數(shù)組。 內(nèi)存映射文件，最適合用來管理大型數(shù)據(jù)流（通常來自文件）以及在單個計算機上運行的多個進程之間共享數(shù)據(jù)。 內(nèi)存堆棧，最適合用來管理大量的小對象。本章將要介紹第一種方法，即虛擬內(nèi)存。內(nèi)存映射文件和堆棧分別在第1 7章和第1 8章介紹。用于管理虛擬內(nèi)存的函數(shù)可以用來直接保留一個地址空間區(qū)域，將物理存儲器（來自頁文件）提交給該區(qū)域，并且可以設(shè)置你自己的保護屬性。15.1 在地址空間中保留一個區(qū)域通過調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，可以在進程的地址空間中保留一個區(qū)域：PVOID VirtualAlloc( PVOID pvAddress, SIZE_T dwSize, DWORD fdwAllocationType, DWORD fdwProtect);第一個參數(shù)p v A d d r e s s包含一個內(nèi)存地址，用于設(shè)定想讓系統(tǒng)將地址空間保留在什么地方。在大多數(shù)情況下，你為該參數(shù)傳遞M U L L。它告訴Vi r t u a l A l l o c，保存著一個空閑地址區(qū)域的記錄的系統(tǒng)應(yīng)該將區(qū)域保留在它認為合適的任何地方。系統(tǒng)可以從進程的地址空間的任何位置來保留一個區(qū)域，因為不能保證系統(tǒng)可以從地址空間的底部向上或者從上面向底部來分配各個區(qū)域?？梢允褂肕 E M _ TO P _ D O W N標志來說明該分配方式。這個標志將在本章的后面加以介紹。對大多數(shù)程序員來說，能夠選擇一個特定的內(nèi)存地址，并在該地址保留一個區(qū)域，這是個非同尋常的想法。當你在過去分配內(nèi)存時，操作系統(tǒng)只是尋找一個其大小足以滿足需要的內(nèi)存塊，并分配該內(nèi)存塊，然后返回它的地址。但是，由于每個進程有它自己的地址空間，因此可以設(shè)定一個基本內(nèi)存地址，在這個地址上讓操作系統(tǒng)保留地址空間區(qū)域。例如，你想將一個從50 MB開始的區(qū)域保留在進程的地址空間中。這時，可以傳遞52 428 800（5 01 0 2 41 0 2 4）作為p v A d d r e s s參數(shù)。如果該內(nèi)存地址有一個足夠大的空閑區(qū)域滿足你的要求，那么系統(tǒng)就保留這個區(qū)域并返回。如果在特定的地址上不存在空閑區(qū)域，或者如果空閑區(qū)域不夠大，那么系統(tǒng)就不能滿足你的要求，Vi r t u a l A l l o c函數(shù)返回N U L L。注意，為p v A d d r e s s參數(shù)傳遞的任何地址必須始終位于進程的用戶方式分區(qū)中，否則對Vi r t u a l A l l o c函數(shù)的調(diào)用就會失敗，導致它返回N U L L。第1 3章講過，地址空間區(qū)域總是按照分配粒度的邊界來保留的(迄今為止在所有的Wi n d o w s環(huán)境下均是6 4 K B )。因此，如果試圖在進程地址空間中保留一個從19 668 992(30065 536 + 8192)這個地址開始的區(qū)域，系統(tǒng)就會將這個地址圓整為6 4 K B的倍數(shù)，然后保留從19 660 800（3 0 065 536）這個地址開始的區(qū)域。如果Vi r t u a l A l l o c函數(shù)能夠滿足你的要求，那么它就返回一個值，指明保留區(qū)域的基地址。如果傳遞一個特定的地址作為Vi r t u a l A l l o c的p v A d d r e s s 參數(shù)，那么該返回值與傳遞給Vi r t u a l A l l o c的值相同，并被圓整為（如果需要的話） 6 4 K B邊界值。Vi r t u a l A l l o c函數(shù)的第二個參數(shù)是d w S i z e，用于設(shè)定想保留的區(qū)域的大?。ㄒ宰止?jié)為計量單位）。由于系統(tǒng)保留的區(qū)域始終必須是C P U頁面大小的倍數(shù)，因此，如果試圖保留一個跨越6 2 K B的區(qū)域，結(jié)果就會在使用4 KB、8 KB或16 KB頁面的計算機上產(chǎn)生一個跨越6 4 K B的區(qū)域。Vi r t u a l A l l o c函數(shù)的第三個參數(shù)是f d w A l l o c a t i o n Ty p e，它能夠告訴系統(tǒng)你想保留一個區(qū)域還是提交物理存儲器（這樣的區(qū)分是必要的，因為Vi r t u a l A l l o c函數(shù)也可以用來提交物理存儲器）。若要保留一個地址空間區(qū)域，必須傳遞M E M _ R E S E RV E標識符作為F d w A l l o c a t i o n Ty p e參數(shù)的值。如果保留的區(qū)域預(yù)計在很長時間內(nèi)不會被釋放，那么可以在盡可能高的內(nèi)存地址上保留該區(qū)域。這樣，該區(qū)域就不會從進程地址空間的中間位置上進行保留。因為在這個位置上它可能導致區(qū)域分成碎片。如果想讓系統(tǒng)在最高內(nèi)存地址上保留一個區(qū)域，必須為p v A d d r e s s參數(shù)和f d w A l l o c a t i o n Ty p e 參數(shù)傳遞N U L L，還必須逐位使用O R 將M E M _ TO P _ D O W N標志和M E M _ R E S E RV E標志連接起來。注意在Windows 98下，M E M _ TO P _ D O W N標志將被忽略。最后一個參數(shù)是f d w P r o t e c t，用于指明應(yīng)該賦予該地址空間區(qū)域的保護屬性。與該區(qū)域相關(guān)聯(lián)的保護屬性對映射到該區(qū)域的已提交內(nèi)存沒有影響。無論賦予區(qū)域的保護屬性是什么，如果沒有提交任何物理存儲器，那么訪問該范圍中的內(nèi)存地址的任何企圖都將導致該線程引發(fā)一個訪問違規(guī)。當保留一個區(qū)域時，應(yīng)該為該區(qū)域賦予一個已提交內(nèi)存最常用的保護屬性。例如，如果打算提交的物理存儲器的保護屬性是PA G E _ R E A D W R I T E（這是最常用的保護屬性），那么應(yīng)該用PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性來保留該區(qū)域。當區(qū)域的保護屬性與已提交內(nèi)存的保護屬性相匹配時，系統(tǒng)保存的內(nèi)部記錄的運行效率最高?？梢允褂孟铝斜Ｗo屬性中的任何一個： PA G E _ N O A C C E S S、PA G E _ R E A D W R I T E、PA G E _ R E A D O N LY、PA G E _ E X E C U T E、PA G E _ E X E C U T E _ R E A D或PA G E _ E X E C U T E _R E A D W R I T E。但是，既不能設(shè)定PA G E _ W R I T E C O P Y屬性，也不能設(shè)定PA G E _ E X E C U T E _W R I T E C O P Y屬性。如果設(shè)定了這些屬性，Vi r t u a l A l l o c函數(shù)將不保留該區(qū)域，并且返回N U L L。另外，當保留地址空間區(qū)域時，不能使用保護屬性標志PA G E _ G U A R D，PA G E _ N O C A C H E或PA G E _ W R I T E C O M B I N E，這些標志只能用于已提交的內(nèi)存。注意Windows 98只支持PA G E _ N O A C C E S S、PA G E _ R E A D O N LY和PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性。如果試圖保留使用PA G E _ E X E C U T E或PA G E _ E X E C U T E _ R E A D兩個保護屬性的區(qū)域，將會產(chǎn)生一個帶有PA G E _ R E A D O N LY保護屬性的區(qū)域。同樣，如果保留一個使用PA G E _ E X E C U T E _ R E A D W R I T E保護屬性的區(qū)域，就會產(chǎn)生一個帶有PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性的區(qū)域。15.2 在保留區(qū)域中的提交存儲器當保留一個區(qū)域后，必須將物理存儲器提交給該區(qū)域，然后才能訪問該區(qū)域中包含的內(nèi)存地址。系統(tǒng)從它的頁文件中將已提交的物理存儲器分配給一個區(qū)域。物理存儲器總是按頁面邊界和頁面大小的塊來提交的。若要提交物理存儲器，必須再次調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)。不過這次為f d w A l l o c a t i o n Ty p e參數(shù)傳遞的是M E M _ C O M M I T標志，而不是M E M _ R E S E RV E標志。傳遞的頁面保護屬性通常與調(diào)用Vi r t u a l A l l o c來保留區(qū)域時使用的保護屬性相同（大多數(shù)情況下是PA G E _ R E A D W R I T E），不過也可以設(shè)定一個不同的保護屬性。在已保留的區(qū)域中，你必須告訴Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，你想將物理存儲器提交到何處，以及要提交多少物理存儲器。為了做到這一點，可以在p v A d d r e s s參數(shù)中設(shè)定你需要的內(nèi)存地址，并在d w S i z e參數(shù)中設(shè)定物理存儲器的數(shù)量（以字節(jié)為計量單位）。注意，不必立即將物理存儲器提交給整個區(qū)域。下面讓我們來看一個如何提交物理存儲器。比如說，你的應(yīng)用程序是在x86 CPU上運行的，該應(yīng)用程序保留了一個從地址5 242 880開始的512 KB的區(qū)域。你想讓應(yīng)用程序?qū)⑽锢泶鎯ζ魈峤唤o已保留區(qū)域的6 KB部分，從2 KB的地方開始，直到已保留區(qū)域的地址空間。為此，可以調(diào)用帶有M E M _ C O M M I T標志的Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，如下所示：VirtualAlloc(PVOID)(5242880 + (2 * 1024), 6 * 1024, MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);在這個例子中，系統(tǒng)必須提交8 KB的物理存儲器，地址范圍從5 242 880到5 251 071 (5 242 880 + 8 KB -1字節(jié)）。這兩個提交的頁面都擁有PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性。保護屬性只以整個頁面為單位來賦予。同一個內(nèi)存頁面的不同部分不能使用不同的保護屬性。然而，區(qū)域中的一個頁面可以使用一種保護屬性（比如PA G E _ R E A D W R I T E），而同一個區(qū)域中的另一個頁面可以使用不同的保護屬性（比如PA G E _ R E A D O N LY）。15.3 同時進行區(qū)域的保留和內(nèi)存的提交有時你可能想要在保留區(qū)域的同時，將物理存儲器提交給它。只需要一次調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)就能進行這樣的操作，如下所示：PVOID pvMem = VirtualAlloc(NULL, 99 * 1024, MEM_RESERVE | MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE);這個函數(shù)調(diào)用請求保留一個99 KB的區(qū)域，并且將99 KB的物理存儲器提交給它。當系統(tǒng)處理這個函數(shù)調(diào)用時，它首先要搜索你的進程的地址空間，找出未保留的地址空間中一個地址連續(xù)的區(qū)域，它必須足夠大，能夠存放100 KB（在4 KB頁面的計算機上）或104 KB（在8 KB頁面的計算機上）。系統(tǒng)之所以要搜索地址空間，原因是已將p v A d d r e s s參數(shù)設(shè)定為N U L L。如果為p v A d d r e s s設(shè)定了內(nèi)存地址，系統(tǒng)就要查看在該內(nèi)存地址上是否存在足夠大的未保留地址空間。如果系統(tǒng)找不到足夠大的未保留地址空間，Vi r t u a l A l l o c將返回N U L L，如果能夠保留一個合適的區(qū)域，系統(tǒng)就將物理存儲器提交給整個區(qū)域。無論是該區(qū)域還是提交的內(nèi)存，都將被賦予PA G E _ R E A D W R I T E保護屬性。最后需要說明的是，Vi r t u a l A l l o c將返回保留區(qū)域和提交區(qū)域的虛擬地址，然后該虛擬地址被保存在p v M e m變量中。如果系統(tǒng)無法找到足夠大的地址空間，或者不能提交該物理存儲器，Vi r t u a l A l l o c將返回N U L L。當用這種方式來保留一個區(qū)域和提交物理存儲器時，將特定的地址作為p v A d d r e s s參數(shù)傳遞給Vi r t u a l A l l o c 當然是可能的。否則就必須用O R 將M E M _ TO P _ D O W N 標志與f d w A l l o c a t i o n Ty p e參數(shù)連接起來，并為p v A d d r e s s參數(shù)傳遞N U L L，讓系統(tǒng)在進程的地址空間的頂部選定一個適當?shù)膮^(qū)域。15.4 何時提交物理存儲器假設(shè)想實現(xiàn)一個電子表格應(yīng)用程序，這個電子表格為2 0 0行x 256列。對于每一個單元格，都需要一個C E L L D ATA結(jié)構(gòu)來描述單元格的內(nèi)容。若要處理這種二維單元格矩陣，最容易的方法是在應(yīng)用程序中聲明下面的變量：CELLDATA CellData200256;如果C E L L D ATA結(jié)構(gòu)的大小是1 2 8字節(jié)，那么這個二維矩陣將需要6 553 600（200 x 256 x1 2 8）個字節(jié)的物理存儲器。對于電子表格來說，如果直接用頁文件來分配物理存儲器，那么這是個不小的數(shù)目了，尤其是考慮到大多數(shù)用戶只是將信息放入少數(shù)的單元格中，而大部分單元格卻空閑不用，因此顯得有些浪費。內(nèi)存的利用率非常低。傳統(tǒng)上，電子表格一直是用其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)技術(shù)來實現(xiàn)的，比如鏈接表等。使用鏈接表，只需要為電子表格中實際包含數(shù)據(jù)的單元格創(chuàng)建C E L L D ATA結(jié)構(gòu)。由于電子表格中的大多數(shù)單元格都是不用的，因此這種方法可以節(jié)省大量的內(nèi)存。但是這種方法使得你很難獲得單元格的內(nèi)容。如果想知道第5行第1 0列的單元格的內(nèi)容，必須遍歷鏈接表，才能找到需要的單元格，因此使用鏈接表方法比明確聲明的矩陣方法速度要慢。虛擬內(nèi)存為我們提供了一種兼顧預(yù)先聲明二維矩陣和實現(xiàn)鏈接表的兩全其美的方法。運用虛擬內(nèi)存，既可以使用已聲明的矩陣技術(shù)進行快速而方便的訪問，又可以利用鏈接表技術(shù)大大節(jié)省內(nèi)存的使用量。如果想利用虛擬內(nèi)存技術(shù)的優(yōu)點，你的程序必須按照下列步驟來編寫：1) 保留一個足夠大的地址空間區(qū)域，用來存放C E L L D ATA結(jié)構(gòu)的整個數(shù)組。保留一個根本不使用任何物理存儲器的區(qū)域。2) 當用戶將數(shù)據(jù)輸入一個單元格時，找出C E L L D ATA結(jié)構(gòu)應(yīng)該進入的保留區(qū)域中的內(nèi)存地址。當然，這時尚未有任何物理存儲器被映射到該地址，因此，訪問該地址的內(nèi)存的任何企圖都會引發(fā)訪問違規(guī)。3) 就C E L L D ATA結(jié)構(gòu)來說，只將足夠的物理存儲器提交給第二步中找到的內(nèi)存地址（你可以告訴系統(tǒng)將物理存儲器提交給保留區(qū)域的特定部分，這個區(qū)域既可以包含映射到物理存儲器的各個部分，也可以包含沒有映射到物理存儲器的各個部分）。4) 設(shè)置新的C E L L D ATA結(jié)構(gòu)的成員。現(xiàn)在物理存儲器已經(jīng)映射到相應(yīng)的位置，你的程序能夠訪問內(nèi)存，而不會引發(fā)訪問違規(guī)。這個虛擬內(nèi)存技術(shù)非常出色，因為只有在用戶將數(shù)據(jù)輸入電子表格的單元格時，才會提交物理存儲器。由于電子表格中的大多數(shù)單元格是空的，因此大部分保留區(qū)域沒有提交給它的物理存儲器。虛擬內(nèi)存技術(shù)存在的一個問題是，必須確定物理存儲器在何時提交。如果用戶將數(shù)據(jù)輸入一個單元格，然后只是編輯或修改該數(shù)據(jù)，那么就沒有必要提交物理存儲器，因為該單元格的C E L L D ATA結(jié)構(gòu)的內(nèi)存在數(shù)據(jù)初次輸入時就已經(jīng)提交了。另外，系統(tǒng)總是按頁面的分配粒度來提交物理存儲器的。因此，當試圖為單個C E L L D ATA結(jié)構(gòu)提交物理存儲器時（像上面的第二步那樣），系統(tǒng)實際上提交的是內(nèi)存的一個完整的頁面。這并不像它聽起來那樣十分浪費：為單個C E L L D ATA結(jié)構(gòu)提交物理存儲器的結(jié)果是，也要為附近的其他C E L L D ATA結(jié)構(gòu)提交內(nèi)存。如果這時用戶將數(shù)據(jù)輸入鄰近的單元格（這是經(jīng)常出現(xiàn)的情況），就不需要提交更多的物理存儲器。有4種方法可以用來確定是否要將物理存儲器提交給區(qū)域的一個部分： 始終設(shè)法進行物理存儲器的提交。每次調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)的時候，不要查看物理存儲器是否已經(jīng)映射到地址空間區(qū)域的一個部分，而是讓你的程序設(shè)法進行內(nèi)存的提交。系統(tǒng)首先查看內(nèi)存是否已經(jīng)被提交，如果已經(jīng)提交，那么就不要提交更多的物理存儲器。這種方法最容易操作，但是它的缺點是每次改變C E L L D ATA結(jié)構(gòu)時要多進行一次函數(shù)的調(diào)用，這會使程序運行得比較慢。 （使用Vi r t u a l Q u e r y函數(shù)）確定物理存儲器是否已經(jīng)提交給包含C E L L D ATA結(jié)構(gòu)的地址空間。如果已經(jīng)提交了，那么就不要進行任何別的操作。如果尚未提交，則可以調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)以便提交內(nèi)存。這種方法實際上比第一種方法差，它既會增加代碼的長度，又會降低程序運行的速度（因為增加了對Vi r t u a l A l l o c函數(shù)的調(diào)用）。 保留一個關(guān)于哪些頁面已經(jīng)提交和哪些頁面尚未提交的記錄。這樣做可以使你的應(yīng)用程序運行得更快，因為不必調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，你的代碼能夠比系統(tǒng)更快地確定內(nèi)存是否已經(jīng)被提交。它的缺點是，必須不斷跟蹤頁面提交的信息，這可能非常簡單，也可能非常困難，要根據(jù)你的情況而定。 使用結(jié)構(gòu)化異常處理（ S E H）方法，這是最好的方法。S E H是一個操作系統(tǒng)特性，它使系統(tǒng)能夠在發(fā)生某種情況時將此情況通知你的應(yīng)用程序。實際上可以創(chuàng)建一個帶有異常處理程序的應(yīng)用程序，然后，每當試圖訪問未提交的內(nèi)存時，系統(tǒng)就將這個問題通知應(yīng)用程序。然后你的應(yīng)用程序便進行內(nèi)存的提交，并告訴系統(tǒng)重新運行導致異常條件的指令。這時對內(nèi)存的訪問就能成功地進行了，程序?qū)⒗^續(xù)運行，仿佛從未發(fā)生過問題一樣。這種方法是優(yōu)點最多的方法，因為需要做的工作最少（也就是說要你編寫的代碼比較少），同時，你的程序可以全速運行。關(guān)于S E H的全面介紹，請參見第2 3、2 4和2 5章。第2 5章中的電子表格示例應(yīng)用程序說明了如何按照上面介紹的方法來使用虛擬內(nèi)存。15.5 回收虛擬內(nèi)存和釋放地址空間區(qū)域若要回收映射到一個區(qū)域的物理存儲器，或者釋放這個地址空間區(qū)域，可調(diào)用Vi r t u a l F r e e函數(shù)：BOOL VirtualFree( LPVOID pvAddress, SIZE_T dwSize, DWORD fdwFreeType);首先讓我們觀察一下調(diào)用Vi r t u a l F r e e函數(shù)來釋放一個已保留區(qū)域的簡單例子。當你的進程不再訪問區(qū)域中的物理存儲器時，就可以釋放整個保留的區(qū)域和所有提交給該區(qū)域的物理存儲器，方法是一次調(diào)用Vi r t u a l F r e e函數(shù)。就這個函數(shù)的調(diào)用來說， p v A d d r e s s參數(shù)必須是該區(qū)域的基地址。此地址與該區(qū)域被保留時Vi r t u a l A l l o c函數(shù)返回的地址相同。系統(tǒng)知道在特定內(nèi)存地址上的該區(qū)域的大小，因此可以為d w S i z e參數(shù)傳遞0。實際上，必須為d w S i z e參數(shù)傳遞0，否則對Vi r t u a l F r e e的調(diào)用就會失敗。對于第三個參數(shù)f d w F r e e Ty p e，必須傳遞M E M _ R E L E A S E，以告訴系統(tǒng)將所有映射的物理存儲器提交給該區(qū)域并釋放該區(qū)域。當釋放一個區(qū)域時，必須釋放該區(qū)域保留的所有地址空間。例如不能保留一個128 KB的區(qū)域，然后決定只釋放它的64 KB。必須釋放所有的128 KB。當想要從一個區(qū)域回收某些物理存儲器，但是卻不釋放該區(qū)域時，也可以調(diào)用Vi r t u a l F r e e函數(shù)，若要回收某些物理存儲器，必須在Vi r t u a l F r e e函數(shù)的p v A d d r e s s參數(shù)中傳遞用于標識要回收的第一個頁面的內(nèi)存地址，還必須在d w S i z e參數(shù)中設(shè)定要釋放的字節(jié)數(shù)，并在f d w F r e e Ty p e參數(shù)中傳遞M E M _ D E C O M M I T標志。與提交物理存儲器的情況一樣，回收時也必須按照頁面的分配粒度來進行。這就是說，設(shè)定頁面中間的一個內(nèi)存地址就可以回收整個頁面。當然，如果pvAddress + dwSize的值位于一個頁面的中間，那么包含該地址的整個頁面將被回收。因此位于pvAddress 至pvAddress +d w S i z e范圍內(nèi)的所有頁面均被回收。如果d w S i z e是0，p v S d d r e s s是已分配區(qū)域的基地址，那么Vi r t u a l F r e e將回收全部范圍內(nèi)的已分配頁面。當物理存儲器的頁面已經(jīng)回收之后，已釋放的物理存儲器就可以供系統(tǒng)中的所有其他進程使用，如果試圖訪問未回收的內(nèi)存，將會造成訪問違規(guī)。15.5.1 何時回收物理存儲器在實踐中，知道何時回收內(nèi)存是非常困難的。讓我們再以電子表格為例。如果你的應(yīng)用程序是在x 8 6計算機上運行，每個內(nèi)存頁面是4 KB ，它可以存放3 2個（4 0 9 6 / 1 2 8）C E L L D ATA結(jié)構(gòu)。如果用戶刪除了單元格C e l l D a t a 0 1 的內(nèi)容，那么只要單元格C e l l D a t a 0 0 至C e l l D a t a 0 3 1 也不被使用，就可以回收它的內(nèi)存頁面。那么怎么能夠知道這個情況呢？可以用下面3種方法來解決這個問題。 毫無疑問，最容易的方法是設(shè)計一個C E L L D ATA結(jié)構(gòu)，它的大小只有一個頁面。這時，由于始終都是每個頁面使用一個結(jié)構(gòu)，因此當不再需要該結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)時，就可以回收該頁面的物理存儲器。即使你的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是x86 CPU上的8 KB或12 KB頁面的倍數(shù)（通常這是非常大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)），回收內(nèi)存仍然是非常容易的。當然，如果要使用這種方法，必須定義你的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使之符合你針對的C P U的頁面大小而不是我們通常編寫程序所用的結(jié)構(gòu)。 更為實用的方法是保留一個正在使用的結(jié)構(gòu)的記錄。為了節(jié)省內(nèi)存，可以使用一個位圖。這樣，如果有一個1 0 0個結(jié)構(gòu)的數(shù)組，你也可以維護一個1 0 0位的數(shù)組。開始時，所有的位均設(shè)置為0，表示這些結(jié)構(gòu)都沒有使用。當使用這些結(jié)構(gòu)時，可以將對應(yīng)的位設(shè)置為1。然后，每當不需要某個結(jié)構(gòu)，并將它的位重新改為0時，你可以檢查屬于同一個內(nèi)存頁面的相鄰結(jié)構(gòu)的位。如果沒有相鄰的結(jié)構(gòu)正在使用，就可以回收該頁面。 最后一個方法是實現(xiàn)一個無用單元收集函數(shù)。這個方案依賴于這樣一種情況，即當物理存儲器初次提交時，系統(tǒng)將一個頁面中的所有字節(jié)設(shè)置為0。若要使用該方案，首先必須在你的結(jié)構(gòu)中設(shè)置一個B O O L（也許稱為f I n U s e）。然后，每次你將一個結(jié)構(gòu)放入已提交的內(nèi)存中，必須確保該fIn U s e被置于T R U E。當你的應(yīng)用程序運行時，必須定期調(diào)用無用單元收集函數(shù)。該函數(shù)應(yīng)該遍歷所有潛在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對于每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該函數(shù)首先要確定是否已經(jīng)為該結(jié)構(gòu)提交內(nèi)存。如果已經(jīng)提交，該函數(shù)將檢查f I n U s e成員，以確定它是否是0。如果該值是0，則表示該結(jié)構(gòu)沒有被使用。如果該值是T R U E，則表示該結(jié)構(gòu)正在使用。當無用單元函數(shù)檢查了屬于既定頁面的所有結(jié)構(gòu)后，如果所有結(jié)構(gòu)都沒有被使用，它將調(diào)用Vi r t u a l F r e e函數(shù)，回收該內(nèi)存。當一個結(jié)構(gòu)不再被視為“在用”（In Use）后，就可以立即調(diào)用無用單元收集函數(shù)，不過這項操作需要的時間比你想像的要長，因為該函數(shù)要循環(huán)通過所有可能的結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)該函數(shù)的一個出色方法是讓它作為低優(yōu)先級線程的一部分來運行。這樣，就不必占用執(zhí)行主應(yīng)用程序的線程的時間。每當主應(yīng)用程序運行空閑時，或者主應(yīng)用程序的線程執(zhí)行文件的I / O操作時，系統(tǒng)就可以給無用單元收集函數(shù)安排運行時間。在上面列出的所有方法中，前面的兩種方法是我個人喜歡使用的方法。不過，如果你的結(jié)構(gòu)比較?。ㄐ∮谝粋€頁面），那么建議你使用最后一種方法。15.5.2 虛擬內(nèi)存分配的示例應(yīng)用程序清單1 5 - 1中列出的V M A l l o c應(yīng)用程序（“15 VMAlloc.exe”）顯示了如何使用虛擬內(nèi)存技術(shù)來處理一個結(jié)構(gòu)數(shù)組。該應(yīng)用程序的源代碼和資源文件均位于本書所附光盤上的1 5 - V M A l l o c目錄下。當啟動該應(yīng)用程序時，將出現(xiàn)圖1 5 - 1所示的窗口。圖15-1 運時VMAlloc 程序時出現(xiàn)的窗口開始時，沒有為該結(jié)構(gòu)數(shù)組保留任何地址空間的區(qū)域，準備為它保留的所有地址空間都是空閑的，如內(nèi)存表所示。當你點擊R e s e r v eR e g i o n（50,2 KB結(jié)構(gòu)）按鈕時，V M A l l o c便調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，保留該區(qū)域，同時內(nèi)存表被更新，以反映該區(qū)域已經(jīng)被保留。當Vi r t u a l A l l o c函數(shù)保留該區(qū)域后，其余按鈕變均為活動按鈕?，F(xiàn)在可以將一個索引鍵入編輯控件，以便選定一個索引，然后單擊U s e按鈕。它的作用是將物理存儲器提交給用于放置數(shù)組元素的內(nèi)存地址。當一個內(nèi)存頁面被提交時，內(nèi)存表被刷新，以反映整個數(shù)組的保留區(qū)域的狀態(tài)。因此，如果該區(qū)域被保留后，你用U s e按鈕將數(shù)組元素7和4 6標記為“在用”，那么該窗口就顯示出圖1 5 - 2所示的樣子（當在4 KB計算機上運行該程序時）。單擊C l e a r按鈕，清除帶有“在用”標記的任何元素。但是這樣做并不回收映射到數(shù)組元素的物理存儲器，因為每個頁面都包含多個結(jié)構(gòu)的空間，清除一個元素并不意味著其他元素也被清除。如果內(nèi)存被回收，那么其他結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)就會丟失。由于單擊C l e a r并不影響區(qū)域的物理存儲器，因此當數(shù)組元素被清除時，內(nèi)存表不會被更新。但是，當一個結(jié)構(gòu)被清除時，它的f I n U s e成員將被設(shè)置為FA L S E。這樣的設(shè)置是必要的，因為這使得無用單元收集函數(shù)能夠運行通過所有的結(jié)構(gòu)，并回收不再使用的內(nèi)存。如果你現(xiàn)在尚未想到這一點，那么Garbage Collect按鈕會告訴V M A l l o c執(zhí)行它的無用單元收集例程。為了簡化操作，我沒有在各個線程上實現(xiàn)無用單元收集例程。若要展示無用單元收集函數(shù)，清除索引4 6上的數(shù)組元素。注意，內(nèi)存表并沒有改變?，F(xiàn)在單擊Garbage Collect按鈕。該程序回收包含元素4 6的內(nèi)存頁面，同時內(nèi)存表被更新，以反映這個變化，如圖1 5 - 3所示。注意， G a r b a g e C o l l e c t函數(shù)可以很容易地用于你自己的應(yīng)用程序。我將它用于對任意大小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)組的操作，這些結(jié)構(gòu)不必完全等于一個頁面的大小。唯一的要求是，結(jié)構(gòu)的第一個成員的值必須是B O O L，這表示該結(jié)構(gòu)是否處于在用狀態(tài)。圖15-2 標記數(shù)組元素后顯示的窗口圖15-3 內(nèi)存表更新后顯示的窗口最后要說明的是，盡管沒有直觀的圖形為你提供必要的信息，但是，當窗口關(guān)閉時，所有已提交的內(nèi)存均被回收，保留的區(qū)域被釋放。該程序還包含另一個元素尚未加以說明。該程序必須在3個位置上確定區(qū)域的地址空間中的內(nèi)存狀態(tài)： 當改變索引后，該程序必須激活U s e按鈕，并停用C l e a r按鈕，或者激活U s e按鈕，停用C l e a r按鈕。 在無用單元收集函數(shù)中，在實際查看是否已經(jīng)設(shè)置f I n U s e標志之前，該程序必須查看內(nèi)存是否已經(jīng)提交。 當更新內(nèi)存表時，該程序必須知道哪個頁面是空閑的，哪個頁面已經(jīng)被保留，哪個頁面已經(jīng)提交。V M A l l o c通過調(diào)用Vi r t u a l Q u e r y函數(shù)來執(zhí)行所有這些測試。清單15-1 VMAlloc示例應(yīng)用程序/*Module: VMAlloc.cppNotices: Copyright (c) 2000 Jeffrey Richter*/#include .CmnHdr.h /* See Appendix A. */#include #include #include Resource.h/ The number of bytes in a page on this host machine.UINT g_uPageSize = 0;/ A dummy data structure used for the array.typedef struct BOOL fInUse; BYTE bOtherData2048 - sizeof(BOOL); SOMEDATA, *PSOMEDATA;/ The number of structures in the array#define MAX_SOMEDATA (50)/ Pointer to an array of data structuresPSOMEDATA g_pSomeData = NULL;/ The rectangular area in the window occupied by the memory mapRECT g_rcMemMap;/BOOL Dlg_OnInitDialog(HWND hwnd, HWND hwndFocus, LPARAM lParam) chSETDLGICONS(hwnd, IDI_VMALLOC); / Initialize the dialog box by disabling all the nonsetup controls. EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_INDEXTEXT), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_INDEX), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_USE), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_CLEAR), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_GARBAGECOLLECT), FALSE); / Get the coordinates of the memory map display. GetWindowRect(GetDlgItem(hwnd, IDC_MEMMAP), &g_rcMemMap); MapWindowPoints(NULL, hwnd, (LPPOINT) &g_rcMemMap, 2); / Destroy the window that identifies the location of the memory map DestroyWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_MEMMAP); / Put the page size in the dialog box just for the users information. TCHAR szBuf10; wsprintf(szBuf, TEXT(%d KB), g_uPageSize / 1024); SetDlgItemText(hwnd, IDC_PAGESIZE, szBuf); / Initialize the edit control. SetDlgItemInt(hwnd, IDC_INDEX, 0, FALSE); return(TRUE);/void Dlg_OnDestroy(HWND hwnd) if (g_pSomeData != NULL) VirtualFree(g_pSomeData, 0, MEM_RELEASE);/VOID GarbageCollect(PVOID pvBase, DWORD dwNum, DWORD dwStructSize) static DWORD s_uPageSize = 0; if (s_uPageSize = 0) / Get the page size used on this CPU. SYSTEM_INFO si; GetSystemInfo(&si); s_uPageSize = si.dwPageSize; UINT uMaxPages = dwNum * dwStructSize / g_uPageSize; for (UINT uPage = 0; uPage uMaxPages; uPage+) BOOL fAnyAllocsInThisPage = FALSE; UINT uIndex = uPage * g_uPageSize / dwStructSize; UINT uIndexLast = uIndex + g_uPageSize / dwStructSize; for (; uIndex uIndexLast; uIndex+) MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi; VirtualQuery(&g_pSomeDatauIndex, &mbi, sizeof(mbi); fAnyAllocsInThisPage = (mbi.State = MEM_COMMIT) & * (PBOOL) (PBYTE) pvBase + dwStructSize * uIndex); / Stop checking this page, we know we cant decommit it. if (fAnyAllocsInThisPage) break; if (!fAnyAllocsInThisPage) / No allocated structures in this page; decommit it. VirtualFree(&g_pSomeDatauIndexLast - 1, dwStructSize, MEM_DECOMMIT); / void Dlg_OnCommand(HWND hwnd, int id, HWND hwndCtl, UINT codeNotify) UINT uIndex = 0; switch (id) case IDCANCEL: EndDialog(hwnd, id); break; case IDC_RESERVE: / Reserve enough address space to hold the array of structures. g_pSomeData = (PSOMEDATA) VirtualAlloc(NULL, MAX_SOMEDATA * sizeof(SOMEDATA), MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE); / Disable the Reserve button and enable all the other controls. EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_RESERVE), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_INDEXTEXT), TRUE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_INDEX), TRUE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_USE), TRUE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_GARBAGECOLLECT), TRUE); / Force the index edit control to have the focus. SetFocus(GetDlgItem(hwnd, IDC_INDEX); / Force the memory map to update InvalidateRect(hwnd, &g_rcMemMap, FALSE); break; case IDC_INDEX: if (codeNotify != EN_CHANGE) break; uIndex = GetDlgItemInt(hwnd, id, NULL, FALSE); if (g_pSomeData != NULL) & chINRANGE(0, uIndex, MAX_SOMEDATA - 1) MEMORY_BASIC_INFORMATION mbi; VirtualQuery(&g_pSomeDatauIndex, &mbi, sizeof(mbi); BOOL fOk = (mbi.State = MEM_COMMIT); if (fOk) fOk = g_pSomeDatauIndex.fInUse; EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_USE), !fOk); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_CLEAR), fOk); else EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_USE), FALSE); EnableWindow(GetDlgItem(hwnd, IDC_CLEAR), FALSE); break; case IDC_USE: uIndex = GetDlgItemInt(hwnd, IDC_INDEX, NULL, FALSE); if (chINRANGE(0, uIndex, MAX_SOMEDATA - 1) / NOTE: New pages are always zeroed by the system VirtualAlloc(&g_pSomeDatauIndex, sizeof(SOMEDATA), MEM_COMMIT, PAGE_READWRITE); g_pSomeDatauIndex.fInUse = TRUE; Ena