42、Windows 操作系统的内存、处理器与设备管理解析

Windows 操作系统的内存、处理器与设备管理解析

1. 内存管理概述

早期的 Windows 操作系统在安装越来越多的程序或应用后，会出现运行缓慢的问题。即便卸载不再需要的应用，性能也难以恢复到初始状态。当时专家建议的解决方案是完全重新格式化硬盘并重新加载必要程序，虽然能恢复系统响应速度，但耗时且痛苦。不过，现在的 Windows 版本在这方面已有显著改善。

每个操作系统对物理内存都有自己的视图，并要求应用程序以特定方式访问内存。例如，在一个示例中，虚拟地址空间为 16 TB，其中一半用于程序存储，另一半用于系统存储。当物理内存满时，虚拟内存管理器会将部分内存内容分页到磁盘，为其他进程释放物理内存。

2. 内存管理挑战与结构

所有 Windows 操作系统，尤其是在网络中运行的系统，面临的挑战是让为 Windows 或 POSIX 编写的应用程序在内存中不相互冲突地运行。每个 Windows 环境子系统都提供与应用程序期望相匹配的内存视图。执行进程有自己的内存结构，子系统通过调用操作系统的固有服务来访问它。

在最近的版本中，Windows 操作系统位于高虚拟内存中，用户的代码和数据位于低虚拟内存中。用户进程不能直接读写系统内存。所有用户可访问的内存以及标记为分页池的系统内存段都可以分页到磁盘，但标记为非分页池的系统内存段永远不会分页到磁盘，因为它用于存储关键对象和主要数据结构。

3. 用户模式特性

虚拟内存（VM）管理器允许用户模式子系统共享内存，并提供一组服务供进程管理其虚拟内存。Windows 分两个阶段分配内存：首先预留内存，然后根据需要提交。这种两步过程允许进程预留一大段虚拟内存，