Windows CE 進(jìn)程、線(xiàn)程和內存管理（一）

進(jìn)程、線(xiàn)程、內存管理是一個(gè)內核最基本的服務(wù)，也是一個(gè)內核最主要的組成部分。這幾方面的知識是一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)人員必須掌握的基礎知識。雖然一個(gè)人不懂這些知識也能編寫(xiě)簡(jiǎn)單的程序，但這樣的程序只能算是皮毛。掌握了進(jìn)程、線(xiàn)程和內存管理方面的知識，就能夠充分利用操作系統內核提供的服務(wù)，提高你編寫(xiě)的軟件的執行效率、更節省資源、更健壯。順便說(shuō)一下，在Windows CE.net下可以運行用Visual Studio.net開(kāi)發(fā)的.net平臺上運行的軟件，但這樣的軟件是最上層的軟件，離操作系統內核太遠了。不但執行效率相對較低，而且還要把.net 框架加到內核中。所以在大多數情況下，EVC仍然是第一選擇。

圖一 CE內核結構 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/258285.htm

一、進(jìn)程和線(xiàn)程

1、概念：

　　Windows CE.NET是一個(gè)搶占多任務(wù)操作系統，搶占多任務(wù)又被稱(chēng)為調度。在調度過(guò)程中，內核的調度系統包含一個(gè)當前所有進(jìn)程中線(xiàn)程的優(yōu)先級列表，并對所有的線(xiàn)程按優(yōu)先級排列順序。當中斷發(fā)生時(shí)，調度系統重新安排所有線(xiàn)程的排列順序。
　　
一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)正運行的應用程序的實(shí)例。它由兩個(gè)部分組成：一個(gè)是操作系統用來(lái)管理這個(gè)進(jìn)程的內核對象。另一個(gè)是這個(gè)進(jìn)程擁有的地址空間。這個(gè)地址空間包含應用程序的代碼段、靜態(tài)數據段、堆、棧，非XIP（Execute In Place）DLL。從執行角度方面看，一個(gè)進(jìn)程由一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)程組成。一個(gè)線(xiàn)程是一個(gè)執行單元，它控制CPU執行進(jìn)程中某一段代碼段。一個(gè)線(xiàn)程可以訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)進(jìn)程中所有的地址空間和資源。一個(gè)進(jìn)程最少包括一個(gè)線(xiàn)程來(lái)執行代碼，這個(gè)線(xiàn)程又叫做主線(xiàn)程。

2、進(jìn)程：

　　Windows CE.NET最多支持32個(gè)進(jìn)程同時(shí)運行。這是由整個(gè)系統分配給所有進(jìn)程的總地址空間決定的。低于Windows CE 4.0版本（也就是低于.NET的版本）的CE操作系統，總進(jìn)程空間從0x0000 0000到0x4200 0000 ，每32MB地址空間為一個(gè)槽（Slot），共33個(gè)槽。當一個(gè)進(jìn)程啟動(dòng)時(shí)，內核選擇一個(gè)沒(méi)有被占用的槽作為這個(gè)進(jìn)程的地址空間。其中0x0000 0000到0x01FF FFFF這個(gè)槽稱(chēng)為Slot 0。每個(gè)進(jìn)程在即將得到CPU控制權時(shí)，將整個(gè)地址映射到Slot 0。這個(gè)進(jìn)程在幫助文檔中稱(chēng)為當前運行進(jìn)程（currently running process）。分配一個(gè)槽后，內核在這個(gè)槽內按由低地址到高地址順序為代碼段、靜態(tài)數據段分配足夠的地址空間，然后是堆、棧，棧之后的空間為所有 DLL保留，包括XIP和非XIP DLL。注意Slot 0最底部64KB是永遠保留的。從Slot 1 到 Slot32 為進(jìn)程使用。前幾個(gè)槽一般為系統程序使用。如filesys.exe、device.exe、gwes.exe等。

　　Windows CE.NET與低版本操作系統略有不同。這一點(diǎn)是從MSDN 的Technical Articles和Knowledge Base的文章中找到的，這的確讓我費了一番功夫。在Windows CE.NET的幫助文件中只能找到和早期版本相同的說(shuō)法，而Technical Articles和Knowledge Base中有幾篇文章清楚的說(shuō)明了Windows CE.NET 和低版本操作系統的不同。在低版本操作系統中，的確如上所說(shuō)分為33個(gè)槽，Slot 0用于當前運行進(jìn)程，共支持32個(gè)進(jìn)程同時(shí)運行。而且所有DLL都加載到進(jìn)程的地址空間。但Windows CE.NET下 Slot 1也用于當前進(jìn)程（Slot 1只用于加載所有XIP DLL）。那么一個(gè)進(jìn)程就不是占有32MB地址空間了，而是64MB。在講解內存管理時(shí)我會(huì )具體講解。
創(chuàng )建一個(gè)進(jìn)程的API函數如下：

BOOL CreateProcess(LPCTSTR lpApplicationName, LPTSTR lpCommandLine,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
BOOL bInheritHandles,
DWORD dwCreationFlags,
LPVOID lpEnvironment,
LPCTSTR lpCurrentDirectory,
LPSTARTUPINFO lpStartupInfo,
LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation );

　　Windows CE.NET不支持安全性、當前目錄、繼承性，所以這個(gè)函數很多參數都必須設為0或FALSE。具體第3、4、7、8、9設為0，第5設為FALSE。第1參數為應用程序名稱(chēng)，這個(gè)參數不能為NULL。如果只傳遞應用程序名稱(chēng)而沒(méi)有指定路徑，那么系統將先搜索Windows目錄，接著(zhù)搜索OEM指定的搜索路徑。第2參數用于傳遞啟動(dòng)參數，必須為UNICODE碼。第6參數為創(chuàng )建標志?？梢詾?（創(chuàng )建一個(gè)常規進(jìn)程）、CREATE_SUSPENDED（啟動(dòng)后掛起）、DEBUG_PROCESS（用于創(chuàng )建這個(gè)進(jìn)程的父進(jìn)程調試用）、DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS（不調試子進(jìn)程）、CREATE_NEW_CONSOLE（控制臺進(jìn)程）。第10參數傳遞給它一個(gè)PROCESS_INFORMATION結構變量的地址。返回進(jìn)程和主線(xiàn)程的句柄和ID。

　　終止一個(gè)進(jìn)程最好是由WinMain函數返回。在主線(xiàn)程中調用ExitThread函數也可以。在當前進(jìn)程終止另一個(gè)進(jìn)程使用TerminateProcess函數。CE下的TerminateProcess函數要比其他Windows下TerminateProcess函數功能強大。CE下的TerminateProcess函數在使進(jìn)程退出時(shí)，會(huì )通知每個(gè)加載的DLL并做出進(jìn)程退出時(shí)該做的所有處理工作。

3、線(xiàn)程：

　　線(xiàn)程除了能夠訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)程的資源外，每個(gè)線(xiàn)程還擁有自己的棧。棧的大小是可以調整的，最小為1KB或4KB（也就是一個(gè)內存頁(yè)。內存頁(yè)的大小取決于CPU），一般默認為64KB，但棧頂端永遠保留2KB為防止溢出。如果要改變棧初始時(shí)大小，在EVCProject－Settings－Link鏈接選項/STACK后的參數中指定大小。其中參數1為默認大小，參數2為一個(gè)內存頁(yè)大小，都用十六進(jìn)制表示。如果將棧的初始值設置太小，很容易導致系統訪(fǎng)問(wèn)非法并立即終止進(jìn)程。

　　線(xiàn)程有五中狀態(tài)，分別為運行、掛起、睡眠、阻塞、終止。當所有線(xiàn)程全部處于阻塞狀態(tài)時(shí)，內核處于空閑模式（Idle mode），這時(shí)對CPU的電力供應將減小。

創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程的API函數如下：

HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWORD dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId );

Windows CE.NET 不支持安全性所以參數1必須設置為0。如果參數5為STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION，那么參數2可以指定棧的大小，內核將按照參數2的數值來(lái)為此線(xiàn)程擁有的棧保留地址空間。如果參數5不為STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION，那么參數2必須設置為0。參數3為執行路徑的首地址，也就是函數的地址。參數4用來(lái)向線(xiàn)程中傳遞一個(gè)參數。參數5除了上面說(shuō)明外，還可以為0、CREATE_SUSPENDED。CREATE_SUSPENDED表示這個(gè)線(xiàn)程在創(chuàng )建后一直處于掛起狀態(tài)，直到用ResumeThread函數來(lái)恢復。最后一個(gè)參數保存函數返回的創(chuàng )建的線(xiàn)程ID。

　　退出一個(gè)線(xiàn)程同退出一個(gè)進(jìn)程有類(lèi)似的方法。最好是由函數返回，在線(xiàn)程中調用ExitThead函數也可以。在當前線(xiàn)程中終止另一個(gè)線(xiàn)程使用TerminateThread函數。此函數在使一個(gè)線(xiàn)程退出時(shí)，會(huì )通知這個(gè)線(xiàn)程加載的所有DLL。這樣DLL就可以做結束工作了。

　　Windows CE.NET不像其他Windows操作系統將進(jìn)程分為不同的優(yōu)先級類(lèi)，Windows CE.NET只將線(xiàn)程分為256個(gè)優(yōu)先級。0優(yōu)先級最高，255最低，0到248優(yōu)先級屬于實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)先級。0到247優(yōu)先級一般分配給實(shí)時(shí)性應用程序、驅動(dòng)程序、系統程序。249到255優(yōu)先級中，251優(yōu)先級（THREAD_PRIORITY_NORMAL）是正常優(yōu)先級。255優(yōu)先級（THREAD_PRIORITY_IDLE）為空閑優(yōu)先級。249優(yōu)先級（THREAD_PRIORITY_HIGHEST）是高優(yōu)先級。248到255優(yōu)先級一般分配給普通應用程序線(xiàn)程使用。具體分段見(jiàn)下表：

優(yōu)先級范圍	分配對象
0-96	高于驅動(dòng)程序的程序
97-152	基于Windows CE的驅動(dòng)程序
153-247	低于驅動(dòng)程序的程序
248-255	普通的應用程序

Windows CE.NET操作系統具有實(shí)時(shí)性，所以調度系統必須保證高優(yōu)先級線(xiàn)程先運行，低優(yōu)先級線(xiàn)程在高優(yōu)先級線(xiàn)程終止后或者阻塞時(shí)才能得到CPU時(shí)間片。而且一旦發(fā)生中斷，內核會(huì )暫停低優(yōu)先級線(xiàn)程的運行，讓高優(yōu)先級線(xiàn)程繼續運行，直到終止或者阻塞。具有相同優(yōu)先級的線(xiàn)程平均占有CPU時(shí)間片，當一個(gè)線(xiàn)程使用完了CPU時(shí)間片或在時(shí)間片內阻塞、睡眠，那么其他相同優(yōu)先級的線(xiàn)程會(huì )占有時(shí)間片。這里提到的CPU時(shí)間片是指內核限制線(xiàn)程占有CPU的時(shí)間，默認為100ms。OEM可以更改這個(gè)值，甚至設置為0。如果為0，當前線(xiàn)程將一直占有CPU，直到更高優(yōu)先級線(xiàn)程要求占有CPU。這個(gè)調度算法好像是很有效、很完美，但卻存在著(zhù)一種情況，當這種情況發(fā)生時(shí)程序會(huì )死鎖。舉例來(lái)說(shuō)：一個(gè)應用程序包含兩個(gè)線(xiàn)程，線(xiàn)程1是高優(yōu)先級，線(xiàn)程2是低優(yōu)先級，當線(xiàn)程1運行過(guò)程中處于阻塞時(shí)，線(xiàn)程2得到時(shí)間片，線(xiàn)程2這次進(jìn)入了一個(gè)臨界區，我們都知道臨界區內的資源是不會(huì )被其它線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的，當線(xiàn)程2正運行時(shí)，線(xiàn)程1已經(jīng)從阻塞狀態(tài)轉變?yōu)檫\行狀態(tài)，而這次線(xiàn)程1卻要訪(fǎng)問(wèn)線(xiàn)程2的資源，這個(gè)資源卻被臨界區鎖定，那么線(xiàn)程1只能等待，等待線(xiàn)程2從臨界區中運行結束并釋放資源的獨占權。但是線(xiàn)程2卻永遠不會(huì )得到時(shí)間片，因為CE保證高優(yōu)先級線(xiàn)程會(huì )先運行。這時(shí)程序就會(huì )處于死鎖狀態(tài)。當然系統不會(huì )死鎖，因為還有更高優(yōu)先級的線(xiàn)程、驅動(dòng)程序在運行。對于這種情況，CE采取優(yōu)先級轉換的辦法來(lái)解決。就是當發(fā)生這種情況時(shí)，內核將線(xiàn)程2的優(yōu)先級提高到線(xiàn)程1的優(yōu)先級水平。這樣線(xiàn)程2就可以執行完臨界區代碼了，線(xiàn)程1也就能夠訪(fǎng)問(wèn)資源了。然后內核再恢復線(xiàn)程2原來(lái)的優(yōu)先級。

　　掛起一個(gè)線(xiàn)程使用SuspendThread函數。參數只有一個(gè)――線(xiàn)程的句柄。要說(shuō)明的是如果要掛起的線(xiàn)程正調用一個(gè)內核功能，這時(shí)執行此函數可能會(huì )失敗。需要多次調用此函數直到函數返回值不為0xFFFFFFFF，說(shuō)明掛起成功?；謴途€(xiàn)程使用ResumeThread函數。參數也只有一個(gè)――線(xiàn)程的句柄。

　　關(guān)于線(xiàn)程本地存儲器和纖程，實(shí)際用到的時(shí)候非常少，這部分知識可以參考《Windows核心編程》。