内存
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肖舸
标签: 内存 2009-04-28 13:38内存可以说是C和C++语言学习的关键点。
这里说一点我的理解，一家之言，欢迎拍砖哈。
内存要想理解透彻，首先要理解内存编址。即不同的内存条，内存模块，插到机器上，具体对应的内存地址是多少。
最开始的PC机，IBM PC XT，只有640k内存。IBM是这么规划的，最低的128k，是BIOS的地址，毕竟BIOS也是汇编语言，它也需要合法地址，才能被CPU正确运行。
512k~640k，被定义为端口映射地址，即这部分地址，可能对应某一个外设上的地址，方便程序直接访问设备。其中，最重要的，就是显卡，当初的显卡单元都比较小，如单色显卡只有2k显存，就映射在这个地址段。
呵呵，当年比尔盖茨，开了个世纪有名的黄腔，就是家用电脑，640k内存足以。就是这么来的，可现在呢？你的显存都不止640k，可见，伟人也有犯浑的时候。
这样显然不方便，因为就在几年后，286时代，内存已经1M了。
这就麻烦了，这1M的第一个128k不准用，中间还有个128k不准用，好端端的连续内存，就被切成两块，痛苦啊。
而那会CPU也是笨得可以，16位的CPU，Intel居然在PC XT上面用的是8位地址总线，这下死翘了，所有的内存被分割为64k一块块的小块，叫段。每个程序模块，必须小于64k，否则没法跳转。以前DOS下可以执行的二进制文件分为两种，com和exe，com就是不能大于64k的，因为它文件格式里面没有段修饰，因此，只能一段完成，64k。
这样，程序员十分的不方便，写程序，稍微大点的数组，就要考虑分段访问，没办法，数组下标不能超过64k。
另外，对于640k以上的地址访问，人们想出了一个很笨的方法，把640k~1024k这384k，也切成一块一块的，每块映射相同的内存区域，靠一个IO切换来访问不同的块。那会还没有想到更好的支持1M以上内存的方法，只能这么办。
这样，程序员成了个苦恼的职业，既要做软件编程，还要随时关注自己的数据是否越界，痛苦死了。当然，程序员也不会坐以待毙，这期间，他们自己想了很多方法，比如用底层模块来解决段切换问题，对上提供一层连续编址的虚拟地址来访问等等。
ok，到了80386，32位了，大家总算长出了一口气，这个CPU地址总线有32位，可以直接编址4G内存。
但是，问题来了，PC机已经做成这个样子了。当然，可以重新开发一款计算机，连续编址，4G内存，很爽，只是，这不是PC机了。
这又让人痛苦死了，明明有能力做连续编址，跨越段界限，但还是不能这么做，因为要支持老的程序。
程序员又开始想办法，基本思路就是用虚拟地址来代替实际地址，后来又想到了，既然都是虚拟的，那我们可不可以把一块磁盘文件也虚拟成内存，这样，我们给够4G，这不是更爽，底层再用一定算法来处理动态转换的效率优化。
这样，在93年左右吧，有一个很有名的C++语言，Watcom C++出世了。这个语言，是Dos下第一款支持4G内存的C++语言。这是Sybase开发的，它底层使用了一个虚拟内存管理模块，是另外一家公司开发的，叫Dos /4G，显然，就是DOS程序使用4G内存的解决方案。
还记得DOOM、C&C，红警，金庸群侠传不？当程序一运行，就会显示一行字“DOS /4GW ...”，这就是Watcom C++写的游戏。因为游戏界是最需要大内存的，贴图，声音的处理，都需要大数组，如果分块使用，程序员太累了，做不下来这么大的程序。
嗯，DOS/4GW，是DOS 4G的Watcom C++版本，因为真正的模块要收费的，这个版本是简化版，只能支持到256M内存，且不支持磁盘虚拟内存，不过不收费。不过，那个时代的应用也够了。
我以前写过Watcom C++的程序，呵呵，真的很爽。再也不考虑段指针之类的东东了，爽翻了。
后来就多了，gcc很早就有了的，99年的时候，gcc进攻DOS市场，出了个版本叫DJgpp，比Watcom C++还好用，我一用就爱上了，当时还把它的库函数手册翻译了一遍，算学习了。
不过，这个时间点，Windows95早出来了，Windows98也出来了，因此，DOS程序趋于没落。
早在Windows 1.1开发的时候(最早一个Windows版本，1.0没发布)，微软就知道，以后的操作系统要做到程序员友好才有生命力，而内存连续编址，就是最大的程序员友好。
因此，从一开始，Windows就使用了底层的内存支持技术，当Windows 3.1出世，其实Windows下开发程序，段的限制已经不是很明显了。
到Windows95，微软更是直接内置了类似于Dos /4GW之类的32位内存管理器，并内部直接包含虚拟内存和物理内存的自动切换算法，因此，从Windows 95以后，大家再开发程序，已经可以使用理论上长达4G的大数组了。
内存争议，至此告一段落。
现今32位的Windows系统，普遍支持4G内存，但，应用程序的空间只有2G。编址为低端地址，即0~2G的地址，为什么呢，因为高2G被系统占用，毕竟Windows系统那么多服务，也要运行，也需要地址空间。
Windows使用了类似切页的内存控制机制，每个应用程序，有2G的地址空间，上面2G是所有应用程序和系统共用。
呵呵，不止Windows，32位的Linux也有类似的设计。
因此，一个Windows应用程序最大能使用的内存，只有2G。
前面说的Ring0级的系统内核，一般都占用上2G的地址空间在运行。动态链接库dll，控件OCX，在调入内存中，由于要被多个进程看到，进程间重用，也是占用上面2G在运行。
这里就要说说钩子了，当我们想对一个应用程序下钩子，由于我们的程序和要勾的程序不在一个进程空间，因此，我们看到的内存是不一样的。就是它在20000这个地址单元看到的可能是个FF，而我们看到的可能是个00，因为这仅仅是逻辑地址一样，物理地址分属两个进程空间。
因此，如果要钩对方的消息，有个问题，钩到了，咋送回来？
一般的做法就是做个dll做中转站，钩子够到了，调用dll的函数，先存放到高端内存区，然后我们的程序再定时过去取，或者用回调什么的。
总之，如果要跨进程通讯，两个进程的共享内存区，一定是建立在高端的内存，就是2G以上的空间。
至于应用程序自己这2G，就看编译器咋使用了，一般都是，低端为栈空间，我们的函数代码，每次call一个函数，函数内部新建立的内部变量，是从低端向高处排。
而堆，则是从高处向底处排，啥时候，两个碰上了，啥时候，内存就满了，无法申请内存了。
栈又分为基栈和浮动栈，基栈就是编译期间就分配好了的内存。
全局变量，const的常量，static的变量，函数的代码，都是这部分。
浮动栈就是运行期间，根据函数，对象调用关系，动态分配的栈，类成员变量，函数内部变量，都是用的浮动栈。
void Func(void)
{
char i=0;
char* pBuffer=malloc(10);
//...
}
这里面，Func的代码，在栈空间，其实是在基栈了。2G的最低
int i，这个i，在浮动栈。基站上方，也还是2G底部。
pBuffer指向的内存，由于是malloc，因此是堆空间，在2G的高端。
new和malloc其实是一样的，都是malloc的，但new支持对象，要自动调用构造函数。
不过这里也说明一点，new出来的对象，是运行期对象，其内部成员变量，其实是在2G的高端，堆空间里面。
写C和C++程序，需要对内存的分配非常敏感，随时关注自己使用的变量，是属于编译期间的基栈，还是运行期的浮动栈，还是堆。
比如，我们要启动一个线程，这个线程函数，肯定是在基栈了，编译器就定好的，但是我们希望线程访问一个运行期的动态地址，比如要传递一个参数给它。
我们就不能简单把一个函数内部的变量地址传给他，由于是函数内部变量属于浮动栈，函数返回，浮动栈就自动拆除，而线程启动是异步运算，就是一个函数启动线程，很可能这个函数已经返回了，线程还没有开始运行。
因此，就绝对不能使用函数内部变量给线程传参，只能使用堆空间，用malloc的一块地址来传参数，再由线程函数收到后，free掉。
这是唯一一个，不遵守“谁分配，谁释放”原则的特例。我把它叫做“远堆传参”。
很多初学线程的朋友，线程写出来就挂掉，就是这个地方出了问题。
但是，程序表面看起来一切正常，呵呵，所以内存很重要，因为它里面基本上都是隐式bug，很难用肉眼看代码看出来。
呼呼，说的好累！
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