十三 Windows内存体系结构

13.1 进程的虚拟地址空间

每个进程都有自己的虚拟地址空间，如32进程，这个地址空间大小为4GB（2^32bytes）。因为进程都有自己的专有地址空间，进程中个各线程只能访问该进程的地址空间，而无法访问到其他进程的空间。但虚拟地址空间不是物理存储器，只是一个内存地址空间。 为了正常读写数据，要相应物理存储器分配或者映射到相应的地址空间。（注意一个地址位如0x00010001-0x00010000为一个byte，以字节为单位，因此一个int占四个地址位）

13.2 虚拟地址空间的分区

每个进程的虚拟地址空间被划分为多个分区。具体与操作系统底层实现有关。 以32位Windows为例：

空指针赋值分区： 用于帮助程序员对空指针的赋值。以任何方式试图访问该分区的地址，就会引发访问违规。

用户模式分区：进程的大部分数据都保存在这一分区。 普通的X86系统约为2GB。

内核模式分区： 这一分区是操作系统代码的驻地，如线程调度、内存管理、设备驱动等相关的代码都载入到该分区，这个分区占到整个地址空间的上半部分。 驻留这一分区的所有东西为所有进程共有。应用程序试图读写该分区的内存空间都会引发访问违规。

13.3 地址空间中的区域

系统页面：页面一个内存单元，系统通过页面来管理内存。在X86和X64系统中使用的页面大小为4KB。

13.4 给区域调拨物理存储器

为了使用预定的区域，必须分配物理存储器，并把存储器映射到分配的地址区域。 这个过程称为调拨（committing）物理存储器(始终以页面为单位来进行调拨)，当不在需要该区域时，需要撤销调拨（decommitting）物理存储器。

13.5  物理存储器和交换页面

磁盘上的文件一般被称为交换文件（paging file），其中包含虚拟内存，可供任何进程使用。为了使用虚拟内存，搓澡系统需要CPU的大力协作。页面交换文件增大了应用程序可用内存总量，如机器内存为1G，而有1G的交换文件，这应用程序可用的内存总量为2G。实际是把内存的一部分保存在页面交换文件中，当需要的时候，再把交换文件的相应部分载入内存中。 交换文件是影响可用内存大小的重要因素。

当线程试图访问进程中地址空间中的一块数据时，会出现两种情况：

系统需要在内存和页交换文件之前复制页面的频率越高，硬盘颠簸（thrash）得月厉害，系统运行的越慢（系统把所有时间都用在页面交换文件与内存之间交换数据，从而没有时间运行程序）。

不在页交换文件中维护的物理存储器：

打开一个.exe文件时，系统计算应用程序代码和数据的大小，然后预定一块地址空间，并注明与该区域相关联的物理存储器就是该.exe文件本身，而不是从页交换文件中分配空间，这样就能快速载入程序，并且能够维持页交换文件维持在一个合理大小。把一个程序位于硬盘上的文件映像（即.exe ,dll）用作地址空间的对应物理存储器时，即称这个文件映像为内存映射文件（memory mapped file）,当载入exe dll时，系统会自动预定地址空间区域，并把文件映像映射到该地址区域。

widows可以使用多个页交换文件，如果多个页交换文件位于不同物理硬盘时，系统运行速度更快，因为系统可以他同时写多个硬盘。

13.8  数据对齐的重要性

只有当访问已对齐的数据时，cpu的执行速度最快。把数据的地址摸除（A/B的余数）数据的大小结果为0时，即为对齐。CPU访问非对齐的数据时最好也要花两倍的时间。与让cpu捕获数据的错位并交给系统修正错位相比（可通过设置来抛出错位异常或者修正错位），让编译器生成额外代码来修正数据错位的效率要高得多。