做 個 有 趣 的 人

1/ windows的flat 模式: 這題目要講起來可以很深，包含許多的組合語言的東西。但在此我只想說一個結果，就是因為windows是使用這樣的一個記憶體管理位址模式，所以使得每個 process都可以有私有的4G的「定址」能力，但因為windows當初要相容MIPS R4000 architecture，所以高位址的2G部份放的是kernel code，而我們的ap只能用低部份的2G，所以正確的來講，我們的程式能夠使用2G的定址能力。

2/虛擬記憶體: 在80386處理器後，cup support 保護模式，paging 模式。我們都知道windows會使用硬碟來充當ram使用，當ram不足的時候。這就是用paging的cpu功能。有了這個功能，os就可以讓每個 process都可以使用2G的data，即使ram只有幾MB。在標題1我們有提到「定址」的這個詞，這只是說cpu的register(暫存器)有能 力讓我們定出那麼大的空間。但是可以定出那麼大麼大的空間並不表示你一定先要有那麼大的ram在電腦上。定址是一回事，配置(allocate)又是另一 回事，但二者都很重要。比如在dos 80286前的時代，有所謂的640k的限制(那是指定址能力先天不足)，所以你就算是買了4MB的ram插在電腦上，還是浪費。回到主題，因為386以 後有paging的能力，加上register是32位元，所以就組合出一種相當完美的記憶體管理方法: 每個process都有虛擬的4G記憶體，且可以真的使用到4G，即使你的ram沒有4G，windows會把你的虛擬記憶體資料放到硬碟上。為何說是 「虛擬」?就是指你不一定真的有那麼多的真實的ram。比如說你真實的ram有128MB，而你的程式超大，用到512MB，那麼當程式在跑的時候，只會 把正需要的code往128MB的ram上放，而把尚不用的放(paging)在硬碟上。

3/ stack: 何謂stack? 是用來放function上auto級的變數(這樣的說法較專業)，所謂auto級的就是變數是宣告在function內，它的生命(life time/ extent)在function結束後就無效了!  stack的大小是由 linker來決定，以bcb為例，最大可以到0x1000000，即約16MB，你可以在project option上改。由多程式人員喜歡把object放在stack上，即用下面的宣告方式
ClassT object; 這樣整個object的資料都會配在stack上，若class小還好，大則容易overflow。故一般建議用new的方式來create objcet，只留下4byte的指標在stack上。又如這些天許多玩matalab的人問到2維array overflow的問題，也是因為把array宣告在stack上所造成。要解決的方式還是一樣，把它用new的方式create到heap上(稍後會 講)。但二維的動態產生array需要一些技巧，可查一下我的文章。還有，使用recursive function的人也要特別注意overfolw的問題。必要的話可以改寫演算法不要用遞回。stack的使用很方便，因為不用僅管使用，無需去自行清 理，唯不要overflow就很棒!

4/ heap: 是用來動態使用記憶體的方式，使用的自由度最高，但需要自行善後清理。通常是用malloc/free或是new/delete來處理。heap在 windows下可以分為二種，1為default heap2為dynamic heap。default heap 可以是windows dll 等api使用，也可以app自己使用。我們開發的ap是如何來使用這個default heap呢? 可透過下面的三個api來使用GlobalAlloc 或 LocalAlloc 或GetProcessHeap來使用。事實上這個heap還再細分為fixed和movable二種。一般我們都是使用fixed。而vc++的 malloc等c run time就是用這個default heap。這個default heap的大小限制為何? 這是一個很重要的題目，我們下個主題講。另一種heap稱為 dynamic heap，這個heap就全然是我們的ap自由使用的地方。它和default heap有個不同? dynamic heap 全都是自己程式用，沒有別的api使用，另外還有一個重要的地方是這個heap可以控制多緒(multithread)同步共享heap的管理。可由 HeapCreate等相關api還有VirtualXxx api來建立。bcb本身的malloc等c run time 聽說是使用這種heap，與vc++有所不同。

5/heap size(一): 這是一個很重要的題目。到底 heap size的限制為何? 答案是… 無論是dynamic 或是 defualt heap都是限制在定址能力上，即以windwos來說，就是2G。但是奇怪了，project option的linker選項中有提到一個heap size的地方，就像stack也在那設定一樣。而這個選項裡的最大值一樣只能到0x1000000，即16MB左右。而實際上許多人都曾在程式中要求超 過百mb以上的heap，怎都沒事?? 而這個設定值有啥用?  答案是 : 所謂的min size的值是指commit的值，max size是reserve的值。commit / reserve這二個詞在windows api 與vc++中常用。我大概講一下…所謂的reserve是指程式可以「要求註冊」保留虛擬位址的大小。請注意是「虛擬位址」，比個喻，就像是先向政府預定 門牌號1-100號都將是我家所用，但還沒建好房子。而commit size則是每次我建房子都是以幾個門牌為單位建立，比如說，commit=4，即表每次都以4間房子來建，直到100個門牌都用完。所有windows 的記憶管理都是用reserve/commit的方式在處理。都是先要求將有多少位址會用到，然後等實值用到時再依commit的大小來一單位一單位的分 配實值記憶體給你用。

6/ heap size (二) : 之前有提到像vc++ 的malloc都是用heap。最早我說它的限制是2G，但剛在上面又說linker設定上只能最大是16mb，若真的是16mb，那malloc早就應 該overflow n次了，很茅盾! 事實上… heap的大小是真的限制在2G，即使用都不去改option中的值，它還是2G。哇~~那那設定是假的? 不…那設定正確講是為了效能。怎說呢?  雖然最大可使用是2G，但windows並非一開始就拿2G等著你用。它是在需要的時候先行要求位址(門牌)，在一一的配給你。在option上設定就好 比你打電話去餐聽先定位，先定個15個位子(reserve size)，並且向服務生說我們會分批進去，而每批都是3個人為單位(commit size)。服務人員想講完電話後想…我們這個時間的生意這麼好，若事先就空著15個位子，那就少賺了…於是先空3個位子，反正每一批都是3人來。於是第 一批到後，餐廳再空3人位子出來等，直到15人都到了! 這種預先定位的好處就是你進去餐廳後不必多廢話，進去就入座! 很有效能! 

7/ heap size(三): 把剛的比喻故事延申下去…萬一我臨時又有6個朋友也要一起去吃飯，而我剛只定了15位，餐廳能否再開6位給我呢?  當然沒問題!  只是餐聽的人員說，你要稍等一下，等我再補登記新人數後再配位子入座! 所以事實上defult heap 非靜態的只到你reserve的大小就停了，它可以再自動的變大，只是需要一點時間和資源。記住! 是可以到2G沒問題的!  而從這比喻中你應該可以了解，若是開始的時候我們就正確的預定好人數，就不會多花一點時間補登記。反過來說，即使亂預定也沒關係，都還是有位子可以座，只 是要多補n次的登記時間!

8/ 何時該使用default heap，何時用dynamic heap? 這問題其實不是很重要，為了portable，用malloc/ new來處理就好，compiler會選用其中一種來處理。除了在開發multithead的程式時，當你不希望主thread中的heap被二個以上的 thead同時存取，你可以用dynamic heap來建立，即用HeapCreate( )的預設建立方法。當然你也可以用這個function建立出一般的fixed的heap，只要將參數1改為HEAP_NO_SERIALIZE，就可 以!


9/ 補一下commit值的重要性，若每次你new的東西是很大的，而你把commit值又設很小，那麼每new一次就要補手續n次。比如說每次要new 40k 的資料，但你commit只設4k，那…new一次就配置手續10次。當然，若你說把commit設成100k，那麼一次就搞定，但…也有個小缺點 : 剩下的配給你的真實的60k浪費在那裡了。給別的process用那60k不好嗎?  所以…設成40-50k是不是比較折衷的好設定呢?!

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作者: 蕭沖 qs.xiao@gmail.com

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