Windows 内存管理介绍

概述

在Windows系统中，内存管理是一个重要的主题。Windows操作系统使用了各种策略来有效地管理内存资源，以保证系统的稳定性和性能。其中，内存管理的主要任务包括以下几点：

• 维护虚拟内存。
• 管理进程的虚拟地址空间。
• 确定物理内存的分配方式。
• 管理内存中的对象。
• 分配和释放内存。

虚拟内存

在Windows系统中，虚拟内存由以下几个部分组成：

• 虚拟地址空间：每个进程都有自己的虚拟地址空间，它由32位或64位的虚拟地址组成。
• 空闲虚拟内存：为程序、系统和应用留出一些虚拟地址空间，以应对未来可能需要使用的内存需求。
• 交换文件：用于存储未被活跃进程的内存页，释放出空间供其他进程使用。

进程的虚拟地址空间

Windows系统中，每个进程都有其独立的虚拟地址空间。每个虚拟地址映射到物理内存或者通过调页机制映射到交换文件中。

Windows使用了一种称为“段”或“区域”的内存单元来管理进程的虚拟地址空间。在一个进程中，可以包含多个段。Windows中，段被称为虚拟地址区域（VMA），每个VMA包含三个属性：

• 起始虚拟地址
• 大小
• 物理内存保护属性

物理内存分配

Windows使用多种物理内存管理机制来实现内存的分配和释放：

固定分配方式

Windows将系统中的物理内存划分为四种池，分别是：

• 非分页池（Nonpaged Pool）：用于处理系统的数据结构、页文件、系统引导等等。
• 分页池（Paged Pool）：用于处理页面式内存。
• 系统缓存（System Cache）：用于文件缓存、域控制器等等。
• 驱动程序映像（Driver Image）：用于驱动程序。

可变分配方式

可变分配方式允许Windows动态重新分配物理内存，以实现最大程度的内存使用，该机制是通过Windows内存管理操作系统服务来实现的。

对象管理

对象管理是内存管理的一个重要方面，它允许Windows操作系统按照指定的方式分配和释放系统内存。Windows中常常使用对象管理机制来管理以下资源：

• 进程和线程
• 文件和进程句柄
• 安全打印对象等等

内存分配和释放

Windows提供了多种机制来分配和释放内存，如：

• 内存池
• 共享内存
• 堆

在使用任意一种机制时，对于任意一个软件程序，内存分配和释放是至关重要的。正确、合理地管理内存，可以提升软件程序的性能和稳定性。

// 内存分配和释放的示例代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char *str = (char*)calloc(20, sizeof(char)); // 分配内存空间
    strcpy(str, "Hello world"); // 向内存空间中写入字符串
    printf("%s\n", str); // 输出字符串
    free(str); // 释放内存空间
    return 0;
}

参考文献

• Windows 内存管理介绍
• Windows 内存管理机制