進(jìn)程的虛擬地址空間
每個(gè)進(jìn)程都被賦予它自己的虛擬地址空間。對于3 2位進(jìn)程來說，這個(gè)地址空間是4 G B，因?yàn)? 2位指針可以擁有從0 x 0 0 0 0 0 0 0 0至0 x F F F F F F F F之間的任何一個(gè)值。這使得一個(gè)指針能夠擁有4 294 967 296個(gè)值中的一個(gè)值，它覆蓋了一個(gè)進(jìn)程的4 G B虛擬空間的范圍。
由于每個(gè)進(jìn)程可以接收它自己的私有的地址空間，因此當(dāng)進(jìn)程中的一個(gè)線程正在運(yùn)行時(shí)，該線程可以訪問只屬于它的進(jìn)程的內(nèi)存。屬于所有其他進(jìn)程的內(nèi)存則隱藏著，并且不能被正在運(yùn)行的線程訪問。注意在Windows 2000中，屬于操作系統(tǒng)本身的內(nèi)存也是隱藏的，正在運(yùn)行的線程無法訪問。這意味著線程常常不能訪問操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
每個(gè)進(jìn)程的虛擬地址空間都要?jiǎng)澐殖筛鱾€(gè)分區(qū)。地址空間的分區(qū)是根據(jù)操作系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)方法來進(jìn)行的。不同的Wi n d o w s內(nèi)核，其分區(qū)也略有不同。表1 3 - 1顯示了每種平臺是如何對進(jìn)程的地址空間進(jìn)行分區(qū)的。
表13-1 進(jìn)程的地址空間如何分區(qū)
| 分區(qū) |
32位Windows 2000(x86和Alpha處理器) |
32位Windows 2000(x86w/3GB用戶方式) |
64位Windows 2000(Alpha和IA-64處理器) |
Windows 98 |
| N U L L指針分配的分區(qū) |
0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 F F F F |
0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 F F F F |
0x00000000 00000000 0x00000000 0000FFFF |
0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 0 F F F |
| DOS/16位Windows應(yīng)用程序兼容分區(qū) |
無 |
無 |
無 |
0 x 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 x 0 0 3 F F F F F |
| 用戶方式 |
0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x 7 F F E F F F F |
0 x 0 0 0 1 0 0 0 0 0 x B F F E F F F F F |
0x00000000 00010000 0x000003FF FFFEFFFF |
0 x 0 0 4 0 0 0 0 0 0 x 7 F F F F F F F |
| 64-KB |
0 x 7 F F F 0 0 0 0 |
0 x B F F F 0 0 0 0 |
0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F F 0 0 0 0 |
無 |
| 禁止進(jìn)入 |
0 x 7 F F F F F F F |
0 x B F F F F F F F |
0 x 0 0 0 0 0 3 F F F F F F F F F F |
無 |
| 共享內(nèi)存映射 |
無 |
無 |
無 |
0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 |
| 文件(MMF)內(nèi)核方式 |
0 x 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F |
0 x C 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F |
0x00000400 00000000 0xFFFFFFFFF FFFFFFF |
0 x B F F F F F F F 0 x C 0 0 0 0 0 0 0 0 x F F F F F F F F |
NULL指針：就是程序中的NULL哦， 進(jìn)程地址空間的這個(gè)分區(qū)的設(shè)置是為了幫助程序員掌握N U L L指針的分配情況。
MS-DOS/16位Windows應(yīng)用程序兼容分區(qū)—僅適用于Windows 98：進(jìn)程地址空間的這個(gè)4 M B分區(qū)是Windows 98需要的，目的是維護(hù)M S - D O S應(yīng)用程序與1 6位應(yīng)用程序之間的兼容性。
用戶方式： 這個(gè)分區(qū)是進(jìn)程的私有（非共享）地址空間所在的地方。一個(gè)進(jìn)程不能讀取、寫入、或者以任何方式訪問駐留在該分區(qū)中的另一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)。對于所有應(yīng)用程序來說，該分區(qū)是維護(hù)進(jìn)程的大部分?jǐn)?shù)據(jù)的地方。由于每個(gè)進(jìn)程可以得到它自己的私有的、非共享分區(qū)，以便存放它的數(shù)據(jù)，因此，應(yīng)用程序不太可能被其他應(yīng)用程序所破壞，這使得整個(gè)系統(tǒng)更加健壯。系統(tǒng)還可以在這個(gè)分區(qū)中映射該進(jìn)程可以訪問的所有內(nèi)存映射文件。當(dāng)我最初觀察3 2位進(jìn)程的地址空間的時(shí)候，我驚奇地發(fā)現(xiàn)可以使用的地址空間還不到我的進(jìn)程的全部地址空間的一半。難道內(nèi)核方式分區(qū)真的需要上面的一半地址空間嗎？實(shí)際上回答是肯定的。系統(tǒng)需要這個(gè)地址空間，供內(nèi)核代碼、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序代碼、設(shè)備I / O高速緩存、非頁面內(nèi)存池的分配和進(jìn)程頁面表等使用。實(shí)際上M i c r o s o f t將內(nèi)核壓縮到這個(gè)2 G B空間之中。
64KB禁止進(jìn)入的分區(qū)—僅適用于Windows 2000 ： 這個(gè)位于用戶方式分區(qū)上面的64 KB分區(qū)是禁止進(jìn)入的，訪問該分區(qū)中的內(nèi)存的任何企圖均將導(dǎo)致訪問違規(guī)。M i c r o s o f t之所以保留該分區(qū)，是因?yàn)檫@樣做將使得M i c r o s o f t能夠更加容易地實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)。當(dāng)將內(nèi)存塊的地址和它的長度傳遞給Wi n d o w s函數(shù)時(shí)，該函數(shù)將在執(zhí)行它的操作之前使內(nèi)存塊生效。
共享的MMF分區(qū)—僅適用于Windows 98 ： 這個(gè)1 G B分區(qū)是系統(tǒng)用來存放所有3 2位進(jìn)程共享數(shù)據(jù)的地方。例如，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鏈接庫K e r n e l 3 2 . d l l、A d v A P I 3 2 . d l l、U s e r 3 2 . d l l和G D I 3 2 . d l l等，全部存放在這個(gè)地址空間分區(qū)中，因此，所有3 2位進(jìn)程都能很容易同時(shí)訪問它們。
內(nèi)核方式分區(qū)—適用于Windows 2000和Windows 98 ： 這個(gè)分區(qū)是存放操作系統(tǒng)代碼的地方。用于線程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)支持、網(wǎng)絡(luò)支持和所有設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的代碼全部在這個(gè)分區(qū)加載。駐留在這個(gè)分區(qū)中的一切均可被所有進(jìn)程共享。在Windows 2000中，這些組件是完全受到保護(hù)的。
地址空間中的區(qū)域
當(dāng)進(jìn)程被創(chuàng)建并被賦予它的地址空間時(shí)，該可用地址空間的主體是空閑的，即未分配的。若要使用該地址空間的各個(gè)部分，必須通過調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)（第1 5章介紹）來分配它里邊的各個(gè)區(qū)域。對一個(gè)地址空間的區(qū)域進(jìn)行分配的操作稱為保留( r e s e r v i n g )。
每當(dāng)你保留地址空間的一個(gè)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)要確保該區(qū)域從一個(gè)分配粒度的邊界開始。對于不同的C P U平臺來說，分配粒度是各不相同的。
提交地址空間區(qū)域中的物理存儲器
若要使用已保留的地址空間區(qū)域，必須分配物理存儲器，然后將該物理存儲器映射到已保留的地址空間區(qū)域。這個(gè)過程稱為提交物理存儲器。物理存儲器總是以頁面的形式來提交的。若要將物理存儲器提交給一個(gè)已保留的地址空間區(qū)域，也要調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)。
物理存儲器與頁文件
在較老的操作系統(tǒng)中，物理存儲器被視為計(jì)算機(jī)擁有的R A M的容量。換句話說，如果計(jì)算機(jī)擁有1 6 M B的R A M，那么加載和運(yùn)行的應(yīng)用程序最多可以使用1 6 M B的R A M。今天的操作系統(tǒng)能夠使得磁盤空間看上去就像內(nèi)存一樣。磁盤上的文件通常稱為頁文件，它包含了可供所有進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存。
當(dāng)然，若要使虛擬內(nèi)存能夠運(yùn)行，需要得到C P U本身的大量幫助。當(dāng)一個(gè)線程試圖訪問一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存時(shí)， C P U必須知道這個(gè)字節(jié)是在R A M中還是在磁盤上。
從應(yīng)用程序的角度來看，頁文件透明地增加了應(yīng)用程序能夠使用的R A M（即內(nèi)存）的數(shù)量。如果計(jì)算機(jī)擁有6 4 M B的R A M，同時(shí)在硬盤上有一個(gè)100 MB的頁文件，那么運(yùn)行的應(yīng)用程序就認(rèn)為計(jì)算機(jī)總共擁有1 6 4 M B的R A M。
當(dāng)然，實(shí)際上并不擁有1 6 4 M B的R A M。相反，操作系統(tǒng)與C P U相協(xié)調(diào)，共同將R A M的各個(gè)部分保存到頁文件中，當(dāng)運(yùn)行的應(yīng)用程序需要時(shí)，再將頁文件的各個(gè)部分重新加載到R A M。由于頁文件增加了應(yīng)用程序可以使用的R A M的容量，因此頁文件的使用是視情況而定的。如果沒有頁文件，那么系統(tǒng)就認(rèn)為只有較少的R A M可供應(yīng)用程序使用。但是，我們鼓勵(lì)用戶使用頁文件，這樣他們就能夠運(yùn)行更多的應(yīng)用程序，并且這些應(yīng)用程序能夠?qū)Ω蟮臄?shù)據(jù)集進(jìn)行操作。最好將物理存儲器視為存儲在磁盤驅(qū)動(dòng)器（通常是硬盤驅(qū)動(dòng)器）上的頁文件中的數(shù)據(jù)。這樣，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用程序通過調(diào)用Vi r t u a l A l l o c函數(shù)，將物理存儲器提交給地址空間的一個(gè)區(qū)域時(shí)，地址空間實(shí)際上是從硬盤上的一個(gè)文件中進(jìn)行分配的。系統(tǒng)的頁文件的大小是確定有多少物理存儲器可供應(yīng)用程序使用時(shí)應(yīng)該考慮的最重要的因素， R A M的容量則影響非常小。
數(shù)據(jù)對齊的重要性
當(dāng)C P U訪問正確對齊的數(shù)據(jù)時(shí)，它的運(yùn)行效率最高。當(dāng)數(shù)據(jù)大小的數(shù)據(jù)模數(shù)的內(nèi)存地址是0時(shí)，數(shù)據(jù)是對齊的。例如， W O R D值應(yīng)該總是從被2除盡的地址開始，而D W O R D值應(yīng)該總是從被4除盡的地址開始，如此等等。當(dāng)C P U試圖讀取的數(shù)據(jù)值沒有正確對齊時(shí)， C P U可以執(zhí)行兩種操作之一。即它可以產(chǎn)生一個(gè)異常條件，也可以執(zhí)行多次對齊的內(nèi)存訪問，以便讀取完整的未對齊數(shù)據(jù)值。