WinCE線(xiàn)程和內存管理之內存管理
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同其它Windows操作系統一樣，Windows CE.NET也支持32位虛擬內存機制、按需分配內存和內存映射文件等。但是與其它Windows操作系統又有明顯的不同。
1、ROM和RAM
對于早期采用的存儲設備一般采用ROM ＋ RAM ，在ROM中存放的所有文件可以是壓縮的也可以是不壓縮的，這取決于OEM（原始設備制造商）。OEM在定制CE內核時(shí)可以設置一個(gè)標志告訴ROM鏡像制作工具（romimage.exe）是否壓縮文件。對于ROM中存放的模塊（DLL、EXE文件）來(lái)說(shuō)，如果是壓縮的，模塊在運行前先解壓并全部存放到RAM中。如果是不壓縮的，并且ROM介質(zhì)支持線(xiàn)性訪(fǎng)問(wèn)（line-Accessed），就可以本地執行（executed in place，縮寫(xiě)為XIP）。利用本地執行方式運行應用程序、DLL的優(yōu)點(diǎn)是：采用這種技術(shù)在加載EXE或DLL時(shí)，其中的代碼段數據不加載到物理內存中，內核只是分配虛擬地址空間給代碼段，當執行代碼時(shí)內核會(huì )到實(shí)際存放在ROM存儲設備上的文件中尋找代碼并執行。采用這樣的技術(shù)既可以節省可用內存又可以減少加載的時(shí)間。但是這種技術(shù)有一定的局限性，如果要讓CPU到ROM中去尋找代碼執行，那么ROM介質(zhì)必須支持線(xiàn)性訪(fǎng)問(wèn)，這就要求ROM介質(zhì)支持線(xiàn)性訪(fǎng)問(wèn)，而不是塊訪(fǎng)問(wèn)。XIP這種加載方式的缺點(diǎn)就是執行速度相對較慢，CPU訪(fǎng)問(wèn)ROM的速度肯定遠慢于訪(fǎng)問(wèn)RAM的速度。
基于Windows CE的產(chǎn)品開(kāi)始采用FLASH、IDE等永久存儲設備時(shí)，內核鏡像（.bin）和其它應用程序文件開(kāi)始存放到永久存儲設備中而不是ROM中，這不僅僅是因為硬盤(pán)或者FLASH的I/O速度比ROM快，更因為現在的內核包含的功能多并且文件數量增加，因而需要的存儲空間很大，一般都在20MB左右。再加上其它開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)的應用程序文件，要求的空間就更大了。CE啟動(dòng)時(shí)內核鏡像由加載程序解壓并將系統文件加載到RAM的NK，NK是在config.bib中定義的一段RAM區域，專(zhuān)用于保存內核鏡像解壓出來(lái)的所有文件。Windows CE將NK看作是ROM，當執行一個(gè)應用程序時(shí)，CE內核將這個(gè)應用程序需要的系統DLL（在NK中保存）加載到Slot 1（地址范圍0x0200 0000－0x03FF FFFF，在Windows CE.NET中Slot 1專(zhuān)用于XIP DLL使用）。Slot 1是一段虛擬地址，當CPU執行DLL的代碼時(shí)，CPU會(huì )根據地址映射關(guān)系到NK中尋找實(shí)際的代碼執行，因為NK是一段實(shí)際的物理內存，I/O速度非?？?，所以相對于在ROM中執行，DLL的運行效率得到很大提高。
非XIP DLL在加載時(shí)CE內核會(huì )在調用DLL的進(jìn)程的地址空間中申請足夠大的地址空間，并且執行代碼時(shí)按需提交物理內存。
RAM和ROM文件系統是Windows CE默認的文件系統。RAM文件系統的優(yōu)點(diǎn)是支持文件壓縮、支持事務(wù)機制（和數據庫中的事務(wù)機制相似）、數據I/O較快。Windows CE.NET啟動(dòng)時(shí)把除了NK以外的RAM分為對象存儲（object store）區域和應用程序內存（program memory）區域，并且默認各使用一半RAM。在基于Windows CE的設備沒(méi)有采用永久存儲器之前，對象存儲的作用相當于永久存儲器，對象存儲區域采用RAM文件系統來(lái)保存文件，對象存儲中可以存儲的對象類(lèi)型有文件、目錄、數據庫、記錄、數據庫卷。默認在對象存儲中存儲的對象全部是壓縮的。當整個(gè)系統關(guān)閉時(shí)，設備的電源還繼續提供電力給RAM，這樣對象存儲中保存的所有數據就不會(huì )丟失。應用程序內存區域留給所有應用程序運行時(shí)使用?；赪indows CE的設備采用永久存儲器后，對象存儲的作用就被永久存儲器替代了，所以采用永久存儲器后，應該減小對象存儲區域的大小。如果定制的Windows CE的內核包含了資源管理器（eXPlorer.exe），那么打開(kāi)“控制面板”，在“系統”－“內存”中，可以調節這兩個(gè)存儲區域的比例?；瑝K向左，則釋放對象存儲區域的一些可用內存并將這些內存劃到應用程序內存區域中?；瑝K向右則相反。
2、內存結構
Windows CE.NET只能管理512MB的物理內存和4GB大小的虛擬地址空間。不同的CPU內存管理方法也不同。對于MIPS和SHX系列CPU來(lái)說(shuō)，物理地址映射是由CPU完成的，CE內核可以直接訪(fǎng)問(wèn)512MB的物理內存。對于x86系列和ARM系列的CPU來(lái)說(shuō)，在內核啟動(dòng)過(guò)程中它會(huì )將現有物理內存地址全部映射到0x8000 0000以上的虛擬地址空間中供內核以后使用。OEM可以通過(guò)OEMAddressTable來(lái)詳細定義虛擬地址和物理地址的映射關(guān)系。OEMAddressTable本身并不是一個(gè)文件，它只是存在于其它文件中描述虛擬地址和實(shí)際物理地址的映射關(guān)系的數據。比如文件oem init.asm中包含一段代碼：dd 80000000h, 0, 04000000h 。它表示將整個(gè)物理地址（0x0400 0000＝64MB）共64MB映射到虛擬地址從0x8000 0000到0x8400 0000中。關(guān)于OEMAddressTable我將在以后關(guān)于PB的文章中講述。
整個(gè)4GB虛擬地址空間主要劃分為兩部分，從0x8000 0000以上為內核使用部分，0x8000 0000以下為應用程序使用部分。詳細見(jiàn)下表：
地址范圍用途 0x0000 0000到0x41FF FFFF 由所有應用程序使用。共33個(gè)槽，每個(gè)槽占32MB。槽0（Slot 0）由當前占有CPU的進(jìn)程使用。槽1由XIP DLL使用。其它槽用于進(jìn)程使用，每個(gè)進(jìn)程占用一個(gè)槽。 0x4200 0000到0x7FFF FFFF 由所有應用程序共享的區域。32MB地址空間有時(shí)不能夠滿(mǎn)足一些進(jìn)程的需求。那么進(jìn)程可以使用這個(gè)范圍的地址空間。在這個(gè)區域里應用程序可以建堆、創(chuàng )建內存映射文件、分配大的地址空間等。 0xA000 0000到0xBFFF FFFF 在這個(gè)范圍內核重復定義0x8000 0000到0x9FFF FFFF之間定義的物理地址映射空間。區別是在這范圍映射的虛擬地址空間不能夠用于緩沖。
我舉例來(lái)說(shuō)明：假設一個(gè)產(chǎn)品有64MB物理內存。如上文所述定義好OEMAddressTable后。內核啟動(dòng)后一個(gè)物理地址映射空間范圍在0x8000 0000到0x8400 0000，那么內核會(huì )從0xA000 0000到0xA400 0000定義一個(gè)同樣范圍的地址空間，這個(gè)地址空間和0x8000 0000到0x8400 0000映射到相同的物理地址。但這個(gè)虛擬地址空間不能夠用于緩沖。 0xC000 0000到0xC1FF FFFF 系統保留空間 0xC200 0000到0xC3FF FFFF 內核程序nk.exe使用的地址空間。 0xC400 0000到0xDFFF FFFF 這個(gè)范圍為用戶(hù)定義的靜態(tài)虛擬地址空間，但這個(gè)地址空間只能用于非緩沖使用。
利用OEMAddressTable定義物理地址映射空間后，每次內核啟動(dòng)時(shí)這個(gè)范圍都不改變了，除非產(chǎn)品包含的物理內存容量發(fā)生變化。假如增加到128MB物理內存，那么物理地址映射空間也向后擴大了一倍。Windows CE.NET也允許用戶(hù)創(chuàng )建靜態(tài)的物理地址映射空間。用戶(hù)可以調用CreateStaticMapping函數或者NKCreateStaticMapping函數來(lái)映射某一段物理地址到0xC400 0000和0xE000 0000之間的某一個(gè)范圍。需要注意的是用這個(gè)函數創(chuàng )建的靜態(tài)虛擬地址只能夠由內核訪(fǎng)問(wèn)，而且不能用于緩沖。
0xE000 0000到0xFFFF FFFF 內核使用的虛擬地址。當內核需要大的虛擬地址空間時(shí)，會(huì )在這個(gè)范圍內分配。
圖1 Windows CE.NET內存結構
進(jìn)入討論組討論。
3、進(jìn)程地址空間結構
進(jìn)程地址空間結構如圖2所示。這個(gè)圖源至MSDN。
當一個(gè)應用程序啟動(dòng)時(shí)，內核為這個(gè)程序選擇一個(gè)空閑的槽（Slot），并且加載所有的代碼、資源，并分配堆棧，加載DLL等。當這個(gè)進(jìn)程得到CPU使用權時(shí)，它的整個(gè)地址空間被內核映射到Slot 0，也就是當前進(jìn)程使用的地址空間，然后開(kāi)始運行。圖中給出的地址實(shí)際上是經(jīng)過(guò)映射到Slot 0之后的結構。從圖中可以看出，進(jìn)程首先加載代碼段，因為每個(gè)進(jìn)程最低部64KB作為保留區域，所以代碼段從0x0001 0000開(kāi)始，內核為代碼段分配足夠的虛擬地址空間后，接著(zhù)分配空間為只讀數據和可讀/可寫(xiě)數據，接著(zhù)分配空間為資源數據，之后分配空間為默認堆和棧。非XIP DLL從進(jìn)程最高地址向下開(kāi)始加載。非XIP DLL的加載按如下規則：內核先檢查要加載的DLL是否被其它進(jìn)程加載過(guò)，如果加載過(guò)，就做一個(gè)地址的重定位。這樣就避免了整個(gè)系統內多次加載相同DLL。如果沒(méi)有加載過(guò)，就按照從槽的高地址到槽的低地址的順序查找空閑的地址空間。然后分配足夠的地址空間用于加載DLL。因為每個(gè)進(jìn)程在執行前都要映射到Slot 0，而且進(jìn)程使用的所有DLL可能來(lái)自不同的槽（Slot），為避免所有使用的DLL在映射到Slot 0中出現地址空間沖突的現象，內核的加載器（Loader）在加載DLL時(shí)會(huì )查找所有槽中加載的DLL的地址，保證在映射到Slot 0時(shí)不會(huì )發(fā)生地址沖突現象。假如系統內有兩個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程A只加載了DLL A，進(jìn)程B
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