wince 储存管理

我们将对Windows CE 中，储存管理采用的内存分配、回收、虚拟内存映像、调页等机制一一作深入的探讨。

           在 Windows CE 系统中，内存的实体结构大致可分为RAM 和ROM 二种内存。在 Windows CE 系统中，RAM 被分为程序空间 (program memory) 和对象空间(object store)。程序空间和一般计算机系统中RAM 的使用类似，用来储存执行程序及所需数据。对象空间则类似一般计算机系统中的硬盘，用来储存应用程序及档案。。程序空间和对象空间的大小是可以调整的。若是Windows CE 发现处理程序 (process) 的内存空间不敷使用的情况下，Windows CE 会要求使用者释放一些对象空间的内存来满足程序空间的需求。

          对象空间中存放的数据可分为三大类 : (1) 档案系统 (file system)，(2) 注册信息(registry)，(3) Windows CE 数据库 (Windows CE database)。

          Windows CE 系统的电源管理机制，即使在关机状态时，仍旧有少量的电力供应RAM，以保留储存在其中的数据。只有在电池电力完全耗尽时，RAM 中储存的数据才会消失，而当系统重新获得电力时，一切的数据与软件都必需新加载。

         在 Windows CE 系统中，ROM 储存了包含操作系统在内相关的档案。系统程序执行则分为两种模式 : RAM 执行模式和ROM 执行模式。一般的系统程序执行
采用RAM 执行模式，操作系统会先把程序从ROM 中取出，加载RAM 中执行。RAM 执行模式因为牵涉到程序拷贝，有执行效率差及占用RAM 内存空间等缺点。为此，Windows CE 提供XIP (Execute in Place)，也就是ROM 执行模式，使得储存在ROM 中的系统程序，可以在指定的ROM 地址中直接执行，而不用加载RAM 中。

虚拟内存管理

虚拟内存

计算机程序的运算大多是在循环 (loop) 结构内完成。循环执行时所表现出来的地址局限性 (address locality) 及空间局限性 (space locality)，使得执行程序所需
的物理内存空间远比程序代码本身小，且同一时段内，只需加载一小部分的数据结构即可。为了程序设计师撰写程序方便，操作系统一般都将程序内存空间与物理内存空间分开。这里所称的程序内存即是虚拟内存。物理内存内所使用的地址称为实体地址 (physical address)，而虚拟内存内所使用的地址称为虚拟地址(virtual address)。

分页机制

Windows CE 将4GB 虚拟地址空间分为低地址2GB 及高地址2GB。应用程序使用的地址空间为低地址2GB，高地址2GB 专供Windows CE核心模块使用。Windows CE 操作系统使用KDataStruct 数据结构来存放低地址2GB 内的数据。在 KDataStruct 数据结构中，又利用PSECTION aSections[64] 将低地址 2GB 分割成64 个32MB 大小的空间，称之为Section。一个Section 再被分割成512 个64KB大小的空间，称之为MemBlock，一个MemBlock 再被分割成数个页 (Page)。页的大小 (PAGE_SIZE) 在不同的系统中略有不同。ARM4处理器的PAGE_SIZE 为4096，ARM920 的PAGE_SIZE 为1024，MIPS 及x86处理器的PAGE_SIZE 则为4096。若以PAGE_SIZE = 4096，一个MemBlock 可被分割成16 个页。

Windows CE 从低地址的2GB 起始地址开始的连续地址，划分出33 个32MB 的内存空间，称之为”slot”，等同于前述的前33 个SECTION，当处理程序要执行
前，Windows CE 将处理程序加载至slot 中执行，特别需要注意的是，slot 0 保留给目前正在执行的处理程序使用，其余的slot 则留给非正在执行的处理程序使
用。因此，Windows CE 系统中，最多只能有32 个处理程序同时进行。

SLOT 0

DoVirtualAlloc()

Windows CE 系统配置内存有两种方式 : 保留(MEM_RESERVE) 和 提交(MEM_COMMIT)。这两种方式的差别在于保留只会保留虚拟页给处理程序，而提交不仅给予处理程序虚拟页，更会于物理内存取得对应页。DoVirtualAlloc() 可以根据使用者对内存的要求，如保留、提交，执行保留虚拟内存或是抓取实体页并填入页表 (page table)。WINCEROOT\PRIVATE\WINCEOS\COREOS\NK\KERNEL\virtmem.c

物理内存管理

可用内存串行用以记录目前系统中尚可使用的内存，可由LogPtr->pKList 找到串行。可用内存串行采用简单的双向链接串行形式。

操作的函数

LinkPhysPage（）；GetHeldPage（）；GrabFirstPhysPage（）；FreePhysPage()；GetContiguousPages（）；

实体页抓取流程

在虚拟内存的映像过程中，要进行实体页的抓取，这个过程分为两个步骤，第一步是检查物理内存是否满足需求，如果配置导致物理内存极度减少，则启动CleanUp 执行绪，并向系统发出警报。如果配置后实体页数低于某个阈值，则削减执行绪PthScavTarget 的堆积(stack)，如果可以满足，那么标记配置并警告GWE内存不足，这部分原始码定义在函数HoldPages 中。

第二步，标记之后，由 GetHeldPage 函数得到所需的实体页，该函数主要呼叫GrabFirstPhysPage 从可用内存链接串行中摘出一个实体页。

ProcessPageFault（）

ProcessPageFault 函式处理存取页内存时发生的错误，产生的原因可能为:
．虚拟内存地址没有实体页映像
．存取权限不允许此动作
．无效虚拟内存地址
在ProcessPageFault定义了这几种情况下相应的处理方法。首先检查该虚拟内存地址是否有效，再检查当前处理程序是否对该地址有权限，最后根据该block 的类型决定呼叫函式，如果是mapper 则呼叫MapperPageIn，如果是处理程序地址空间则调用LoadPageIn，每次呼叫若不成功，则重复，2 秒钟以后超时，传出错误讯息

堆栈(Heap)

当处理程序执行时，需要静态或动态配置内存，如宣告变量或宣告指针，此时所需的内存小，不应配置一个页面而造成内存的浪费，堆栈因此而生，系统可以利
用堆栈对处理程序做较少的内存配置，而使用者不需了解系统的内存配置。处理程序可以利用堆栈申请大小比页小很多的内存，一旦申请了堆栈，系统会根据处
理程序的需要自动增加堆栈的大小，而释放堆栈的时候，堆栈的削减也是由系统自动完成的。在Windows CE 中，系统对堆栈的管理只允许申请固定大小的块。这样做的好处是简化了对堆栈中各个块的管理，代价是在程序运行过程中不断的分配和释放会出现很多碎片，会导致只要堆栈没有被完全释放，还会保留大量的虚拟页的情况。在Windows CE 中，每个堆栈都有一个信号(signal)来控制顺序存取，两个处理程序同时对堆栈执行动作是不允许的。

本地堆栈（Local Heap）和独立堆栈（Separate Heap）

在缺页情况下，系统保留384 个页作为本地堆栈，这些页只有在分配的时候才会被提交，如果应用程序需要的本地堆栈超过384 页，系统会自动分配其余的
空间，不过这些空间可能在虚拟地址上并不相邻而产生碎裂，因为系统的堆栈分配只支持固定大小的块。为了避免碎裂的出现，在申请要反复分配和回收的储存空间时，使用者最好对每个申请使用独立堆栈。独立堆栈的分配是以slot 为界限的，系统不允许应用程序申请的堆栈耗尽其它处理程序所拥有的32MB 虚拟地址空间。

堆栈的逻辑结构

逻辑地址是虚拟内存地址的名称，而逻辑结构就是虚拟地址的结构。处理程序分配储存空间的基本单位是堆栈。每个堆栈维护着一个虚拟地址项（VAitem）
和区域（region）的链接串行。项的大小可变，是实际进行分配时的最小单位。项和项之间在虚拟地址上是相邻的，所以项只在链接串行头记录该项的大小，下
一个项就可以顺着这个值找到。为了便于对项的管理，系统还定义了单位更高的区域，区域是一段连续的项的空间，也是虚拟地址分配和回收的基本单位，记录
了区域中最大的项的大小以及所属的堆栈，这样在查找可用内存项的时候可以提高效率，并且可以用很大的单位申请虚拟地址空间和提交已保留的空间。虚拟地
址项是为了在分配大空间时直接使用的，因为单位大，所以不必包含在区域中，而直接由堆栈来维护。

堆栈的创建和初始化

HeapCreate(DWORD flOptions, DWORD dwInitialSize, DWORD dwMaximumSize)；

堆栈的分配和回收（省略）

Windows CE 的保护和共享机制

在页表中，每个项目的长度都是32 位。事实上，页表中并不需要储存offset的信息，因此Windows CE 利用offset 的12 位作为保护的机制，这也代表Windows
CE 对内存的保护是以页为单位，并且可利用TestAccess 函式作安全性的检查，及VirtualProtect 函式得到或设置一个虚拟地址区域的存取权限。

在 Windows CE 中页的共享在两个层次实现。在逻辑储存层，实现处理程序之间的内存共享，通过建立共享堆栈来实现。在虚拟内存管理的层次，系统通过直接
将不同的虚拟地址映像到同一实体地址来实现内存共享，主要实现一些处理程序间通讯的系统呼叫。

堆栈共享，虚拟内存共享