3、Win32 内存管理系统深度解析

Win32 内存管理系统深度解析

1. 内存管理概述

约 90% 的计算机错误都与内存问题相关。随着 32 位 Windows 的出现，软件环境发生了巨大变化。开发者若想更好地调试程序，需先了解 Win32 内存管理机制及相关 API。

内存错误通常在以下情况发生：
- 内存分配后未释放。
- 内存被覆盖。
- 尝试分配已分配的内存。
- 尝试释放已释放或未分配的内存。

在过去，Windows 提供 16 块 64KB 的内存，通过段（4 位）和偏移量（16 位）访问，形成 20 位地址空间。而 32 位版本中，每个进程有自己的 32 位虚拟内存地址空间，约 4GB。但实际上，计算机硬件难以支持如此大的内存，因此硬盘被用作内存的一部分。空闲空间被划分为页面，程序的部分页面会在物理内存和磁盘之间交换。每个进程只能使用低 2GB（0x00 到 0x7FFFFFFF）的地址空间，操作系统内核使用高 2GB（0x80000000 到 0xFFFFFFFF）。

当进程加载时，会尽量使用物理内存。对于内存不足的机器上的大型程序，需要在磁盘和内存之间交换页面。内核通过页映射将虚拟地址转换为物理地址，当程序需要的页面不在物理内存中时，会从磁盘读取，产生页面错误。虽然页面错误本身不是错误，但过多的页面错误会降低程序性能。

1.1 虚拟地址空间

进程可用的内存是主机物理内存和空闲磁盘空间之和。虚拟内存地址通过分页文件映射到物理地址，映射大小取决于主机计算机（如 x86 系列计算机的页面大小为 4KB）。物理内存页面移动到分页文件的过程称为交换，页面有三种状态：
- 空闲：当前不可用，但可