C/C++內存的理解
2015/10/15 21:04
瀏覽75
迴響0
推薦0
引用0
內存要想理解透徹，首先要理解內存編址。即不同的內存條，內存模塊，插到機器上，具體對應的內存地址是多少。
最開始的PC機，IBM PC XT，只有640k內存。IBM是這麽規劃的，最低的128k，是BIOS的地址，畢竟BIOS也是匯編語言，它也需要合法地址，才能被CPU正確運行。
512k~640k，被定義為端口映射地址，即這部分地址，可能對應某一個外設上的地址，方便程序直接訪問設備。其中，最重要的，就是顯卡，當初的顯卡單元都比較小，如單色顯卡只有2k顯存，就映射在這個地址段。
呵呵，當年比爾蓋茨，開了個世紀有名的黃腔，就是家用電腦，640k內存足以。就是這麽來的，可現在呢？你的顯存都不止640k，可見，偉人也有犯渾的時候。
這樣顯然不方便，因為就在幾年後，286時代，內存已經1M了。
這就麻煩了，這1M的第一個128k不準用，中間還有個128k不準用，好端端的連續內存，就被切成兩塊，痛苦啊。
而那會CPU也是笨得可以，16位的CPU，Intel居然在PC XT上面用的是8位地址總線，這下死翹了，所有的內存被分割為64k一塊塊的小塊，叫段。每個程序模塊，必須小於64k，否則沒法跳轉。以前DOS下可以執行的二進制文件分為兩種，com和exe，com就是不能大於64k的，因為它文件格式裏面沒有段修飾，因此，只能一段完成，64k。
這樣，程序員十分的不方便，寫程序，稍微大點的數組，就要考慮分段訪問，沒辦法，數組下標不能超過64k。
另外，對於640k以上的地址訪問，人們想出了一個很笨的方法，把640k~1024k這384k，也切成一塊一塊的，每塊映射相同的內存區域，靠一個IO切換來訪問不同的塊。那會還沒有想到更好的支持1M以上內存的方法，只能這麽辦。
這樣，程序員成了個苦惱的職業，既要做軟件編程，還要隨時關註自己的數據是否越界，痛苦死了。當然，程序員也不會坐以待斃，這期間，他們自己想了很多方法，比如用底層模塊來解決段切換問題，對上提供一層連續編址的虛擬地址來訪問等等。
ok，到了80386，32位了，大家總算長出了一口氣，這個CPU地址總線有32位，可以直接編址4G內存。
但是，問題來了，PC機已經做成這個樣子了。當然，可以重新開發一款計算機，連續編址，4G內存，很爽，只是，這不是PC機了。
這又讓人痛苦死了，明明有能力做連續編址，跨越段界限，但還是不能這麽做，因為要支持老的程序。
程序員又開始想辦法，基本思路就是用虛擬地址來代替實際地址，後來又想到了，既然都是虛擬的，那我們可不可以把一塊磁盤文件也虛擬成內存，這樣，我們給夠4G，這不是更爽，底層再用一定算法來處理動態轉換的效率優化。
這樣，在93年左右吧，有一個很有名的C++語言，Watcom C++出世了。這個語言，是Dos下第一款支持4G內存的C++語言。這是Sybase開發的，它底層使用了一個虛擬內存管理模塊，是另外一家公司開發的，叫Dos /4G，顯然，就是DOS程序使用4G內存的解決方案。
還記得DOOM、C&C，紅警，金庸群俠傳不？當程序一運行，就會顯示一行字“DOS /4GW ...”，這就是Watcom C++寫的遊戲。因為遊戲界是最需要大內存的，貼圖，聲音的處理，都需要大數組，如果分塊使用，程序員太累了，做不下來這麽大的程序。
嗯，DOS/4GW，是DOS 4G的Watcom C++版本，因為真正的模塊要收費的，這個版本是簡化版，只能支持到256M內存，且不支持磁盤虛擬內存，不過不收費。不過，那個時代的應用也夠了。
我以前寫過Watcom C++的程序，呵呵，真的很爽。再也不考慮段指針之類的東東了，爽翻了。
後來就多了，gcc很早就有了的，99年的時候，gcc進攻DOS市場，出了個版本叫DJgpp，比Watcom C++還好用，我一用就愛上了，當時還把它的庫函數手冊翻譯了一遍，算學習了。
不過，這個時間點，Windows95早出來了，Windows98也出來了，因此，DOS程序趨於沒落。
早在Windows 1.1開發的時候(最早一個Windows版本，1.0沒發布)，微軟就知道，以後的操作系統要做到程序員友好才有生命力，而內存連續編址，就是最大的程序員友好。
因此，從一開始，Windows就使用了底層的內存支持技術，當Windows 3.1出世，其實Windows下開發程序，段的限制已經不是很明顯了。
到Windows95，微軟更是直接內置了類似於Dos /4GW之類的32位內存管理器，並內部直接包含虛擬內存和物理內存的自動切換算法，因此，從Windows 95以後，大家再開發程序，已經可以使用理論上長達4G的大數組了。
內存爭議，至此告一段落。
現今32位的Windows系統，普遍支持4G內存，但，應用程序的空間只有2G。編址為低端地址，即0~2G的地址，為什麽呢，因為高2G被系統占用，畢竟Windows系統那麽多服務，也要運行，也需要地址空間。
Windows使用了類似切頁的內存控制機制，每個應用程序，有2G的地址空間，上面2G是所有應用程序和系統共用。
呵呵，不止Windows，32位的Linux也有類似的設計。
因此，一個Windows應用程序最大能使用的內存，只有2G。
前面說的Ring0級的系統內核，一般都占用上2G的地址空間在運行。動態鏈接庫dll，控件OCX，在調入內存中，由於要被多個進程看到，進程間重用，也是占用上面2G在運行。
這裏就要說說鉤子了，當我們想對一個應用程序下鉤子，由於我們的程序和要勾的程序不在一個進程空間，因此，我們看到的內存是不一樣的。就是它在20000這個地址單元看到的可能是個FF，而我們看到的可能是個00，因為這僅僅是邏輯地址一樣，物理地址分屬兩個進程空間。
因此，如果要鉤對方的消息，有個問題，鉤到了，咋送回來？
一般的做法就是做個dll做中轉站，鉤子夠到了，調用dll的函數，先存放到高端內存區，然後我們的程序再定時過去取，或者用回調什麽的。
總之，如果要跨進程通訊，兩個進程的共享內存區，一定是建立在高端的內存，就是2G以上的空間。
至於應用程序自己這2G，就看編譯器咋使用了，一般都是，低端為棧空間，我們的函數代碼，每次call一個函數，函數內部新建立的內部變量，是從低端向高處排。
而堆，則是從高處向底處排，啥時候，兩個碰上了，啥時候，內存就滿了，無法申請內存了。
棧又分為基棧和浮動棧，基棧就是編譯期間就分配好了的內存。
全局變量，const的常量，static的變量，函數的代碼，都是這部分。
浮動棧就是運行期間，根據函數，對象調用關系，動態分配的棧，類成員變量，函數內部變量，都是用的浮動棧。
void Func(void)
{
char i=0;
char* pBuffer=malloc(10);
//...
}
這裏面，Func的代碼，在棧空間，其實是在基棧了。2G的最低
int i，這個i，在浮動棧。基站上方，也還是2G底部。
pBuffer指向的內存，由於是malloc，因此是堆空間，在2G的高端。
new和malloc其實是一樣的，都是malloc的，但new支持對象，要自動調用構造函數。
不過這裏也說明一點，new出來的對象，是運行期對象，其內部成員變量，其實是在2G的高端，堆空間裏面。
寫C和C++程序，需要對內存的分配非常敏感，隨時關註自己使用的變量，是屬於編譯期間的基棧，還是運行期的浮動棧，還是堆。
比如，我們要啟動一個線程，這個線程函數，肯定是在基棧了，編譯器就定好的，但是我們希望線程訪問一個運行期的動態地址，比如要傳遞一個參數給它。
我們就不能簡單把一個函數內部的變量地址傳給他，由於是函數內部變量屬於浮動棧，函數返回，浮動棧就自動拆除，而線程啟動是異步運算，就是一個函數啟動線程，很可能這個函數已經返回了，線程還沒有開始運行。
因此，就絕對不能使用函數內部變量給線程傳參，只能使用堆空間，用malloc的一塊地址來傳參數，再由線程函數收到後，free掉。
這是唯一一個，不遵守“誰分配，誰釋放”原則的特例。我把它叫做“遠堆傳參”。
很多初學線程的朋友，線程寫出來就掛掉，就是這個地方出了問題。
但是，程序表面看起來一切正常，呵呵，所以內存很重要，因為它裏面基本上都是隱式bug，很難用肉眼看代碼看出來。
你可能會有興趣的文章：
限會員,要發表迴響,請先登入
