内存页

一、什么是“内存页”？

1. 内存页的定义

内存页（Page）是操作系统分配内存的最小单位，典型大小为 4KB（即 4096 字节）。
虚拟内存（程序看到的地址空间）和物理内存之间的映射就是以页为单位建立的。

你可以把物理内存理解成一张纸被裁成很多“页”，操作系统通过“页表”来记录这些页怎么分配。

2. 为什么要用“内存页”？

性能优化：如果数据能按页对齐分布，内存访问更高效。
内存映射：可以将文件直接映射到内存页上，进行快速读写。
跨进程共享内存：两个程序可以共享同一块内存页进行通信。

二、在 C# 中如何使用“内存页”？

我们重点掌握两种方式：

✅ 方式一：使用 `MemoryMappedFile` 映射一块内存页

这个方法最实用，适合用于大文件访问、多进程共享内存等场景。

👇 示例：创建一块 4KB 的共享内存

using System;
using System.IO.MemoryMappedFiles;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 创建或打开一个内存映射文件，大小为一页（4096 字节）
        using var mmf = MemoryMappedFile.CreateOrOpen("MySharedMemory", 4096);

        // 创建视图（可读写）
        using var accessor = mmf.CreateViewAccessor();

        // 向共享内存写入整数
        accessor.Write(0, 123456);

        // 读取数据
        int value = accessor.ReadInt32(0);
        Console.WriteLine("读取的值: " + value);  // 输出：123456
    }
}

🎯 应用场景

大文件映射进内存，避免整文件加载
与其他进程共享内存（通过相同的 "MySharedMemory" 名字）
替代传统 TCP/管道方式通信

✅ 方式二：使用 `Marshal.AllocHGlobal` 申请页大小的非托管内存

这适合用于与 C/C++ 库交互、需要精确控制内存时。

👇 示例：分配并访问一页大小的内存

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

class Program
{
    static void Main()
    {
        const int pageSize = 4096;
        IntPtr ptr = Marshal.AllocHGlobal(pageSize);

        try
        {
            // 写入一个整数
            Marshal.WriteInt32(ptr, 0, 1000);

            // 读取
            int val = Marshal.ReadInt32(ptr, 0);
            Console.WriteLine("读取的值：" + val);
        }
        finally
        {
            // 释放内存，防止内存泄漏
            Marshal.FreeHGlobal(ptr);
        }
    }
}

🎯 应用场景

与底层 C++ 库共享内存
构建高性能缓存池
页对齐内存控制、SIMD 加速、数据包解析等

三、使用时需要注意什么？

注意点	原因
分配的大小应为页大小（4096 的整数倍）	避免内存浪费，提高效率
使用完必须释放	`MemoryMappedFile` 和 `AllocHGlobal` 都需要手动释放
不要让托管代码直接持有非托管指针	否则容易出现悬挂指针或内存泄漏
非托管内存操作需加 `unsafe` 或 `Marshal` 操作	以避免运行时错误
多进程访问要用相同名字映射文件	否则不能共享同一页

四、实际项目怎么使用？

假设你现在有个项目，需要多个组件共享数据，甚至多个进程共享：

场景 A：主程序把数据写到共享内存，子程序读取处理

// 写入方（主程序）
var mmf = MemoryMappedFile.CreateOrOpen("MyData", 4096);
var accessor = mmf.CreateViewAccessor();
accessor.Write(0, 9999);

// 读取方（另一个进程）
var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("MyData");
var accessor = mmf.CreateViewAccessor();
int val = accessor.ReadInt32(0);

五、我该怎么学会它？

学习路线（建议你按顺序完成）：

✅ 理解页的大小和作用：每页 4096 字节，不可拆分
✅ 掌握 MemoryMappedFile 的用法（练习跨方法读写）
✅ 掌握 Marshal.AllocHGlobal 的分配与释放
⏳ 了解进阶内容（页对齐、虚拟内存布局、跨平台差异）
⛳ 在你当前项目中：找到适合分页内存的模块（如大数据缓存、实时共享等）

ReadOnlySpan memeory span、内存页、堆栈是什么关系

ReadOnlySpan<T> / Span<T> / Memory<T>
内存页（Memory Page）
堆（Heap）、栈（Stack）

它们都和内存有关，但属于不同层次的抽象或用途。我们分层次梳理，先建立概念，再讲它们之间的关系。

🧱 一、三个核心概念介绍

✅ `Span<T>` / `ReadOnlySpan<T>` / `Memory<T>`

这些是 .NET 提供的高性能内存访问结构：

类型	所在内存	特点
`Span<T>`	栈上或托管内存	用于短期、快速的数据操作，不能被 async 方法捕获
`ReadOnlySpan<T>`	栈上或托管内存	只读版本，适合只读视图
`Memory<T>`	堆上	可以跨 async 方法使用，可以转成 `Span<T>`

它们本质上是：

“对一块已存在内存的轻量引用视图，而不是实际拥有这块内存”。

✅ 内存页（Memory Page）

这是操作系统层面的内存管理单位，比如 Windows 和 Linux 都以 4KB 为默认一页。

内存页定义了：

程序的虚拟地址空间如何分布
哪部分在物理内存、哪部分在磁盘（例如交换区）
页对齐（对性能有帮助）

内存页和 Span<T>/Memory<T> 之间没有直接联系，但当你访问大量数据时，它们的访问会跨越多个内存页，会影响性能（如 TLB 缓存失效）。

✅ 堆 vs 栈（托管代码视角）

特性	栈（Stack）	堆（Heap）
分配	快速、由编译器自动管理	较慢、由 GC 管理
生命周期	方法调用期间	手动/GC释放
示例	局部变量、`Span<T>`	引用类型、`Memory<T>`、数组等

🧠 二、它们之间的关系（图 + 解说）

我们可以把它们看作是不同的“层”：

【硬件层】
└── 物理内存
    └── 被划分为内存页（Page，通常为 4KB）

【操作系统层】
└── 虚拟内存（由内存页映射到物理内存）
    ├── 栈内存区域（函数局部变量、Span）
    └── 堆内存区域（引用类型、Memory）

【.NET 应用层】
└── 变量引用内存页上的数据：
    ├── Span<T> / ReadOnlySpan<T>（轻量视图，通常位于栈）
    └── Memory<T>（跨方法，通常引用堆上对象）

关系总结：

Span<T> / ReadOnlySpan<T> 是对已有内存（栈上或托管堆上）的一种零分配视图
Memory<T> 是对堆上内存的引用，可以长时间持有和异步操作
这些结构最终访问的实际数据，都可能跨越多个内存页
是否跨页影响性能（缓存失效、TLB miss）

📌 举个真实例子说明它们关系

byte[] buffer = new byte[8192]; // 在堆上分配了 2 个页大小（2x4096）

Span<byte> span = buffer.AsSpan(0, 100); // 创建 span 引用 buffer 的前 100 字节

这段代码：

堆上分配 8192 字节 => 操作系统分配了 2 页
Span<byte> 只是对前 100 字节的视图（没有新分配内存）
这 100 字节可能全在同一页内，也可能跨页

如果你处理大量数据、跨页读取较多，可能会频繁触发内存页加载、TLB miss，性能下降。

🎯 使用建议和注意事项

场景	推荐结构	原因
仅在方法内部处理小块数据	`Span<T>` / `ReadOnlySpan<T>`	无GC、速度快
跨方法/异步处理	`Memory<T>`	生命周期长、可用作缓存池
与非托管内存交互	`Span<byte>` + `Marshal` / `UnmanagedMemoryAccessor`	精细控制
需要页对齐（性能优化）	非托管内存 + 页大小对齐	避免跨页，提高效率

✅ 总结一句话：

Span<T> / Memory<T> 是对内存中一块数据的“高效访问视图”，而内存页决定了这些数据底层是如何被操作系统组织和访问的，最终落在堆或栈。

如果你项目中涉及：

使用大内存块处理高频数据
想避免不必要的内存分配
与非托管代码（如设备驱动、共享内存）打交道

那你应该合理结合使用：Memory/Page/Span/Stack/Heap 这些概念。

posted @ 2025-06-03 14:04 青云Zeo 阅读(143) 评论(0) 收藏举报

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内存页

一、什么是“内存页”？

1. 内存页的定义

2. 为什么要用“内存页”？

二、在 C# 中如何使用“内存页”？

✅ 方式一：使用 `MemoryMappedFile` 映射一块内存页

👇 示例：创建一块 4KB 的共享内存

🎯 应用场景

✅ 方式二：使用 `Marshal.AllocHGlobal` 申请页大小的非托管内存

👇 示例：分配并访问一页大小的内存

🎯 应用场景

三、使用时需要注意什么？

四、实际项目怎么使用？

场景 A：主程序把数据写到共享内存，子程序读取处理

五、我该怎么学会它？

学习路线（建议你按顺序完成）：

ReadOnlySpan memeory span、内存页、堆栈是什么关系

🧱 一、三个核心概念介绍

✅ `Span<T>` / `ReadOnlySpan<T>` / `Memory<T>`

✅ 内存页（Memory Page）

✅ 堆 vs 栈（托管代码视角）

🧠 二、它们之间的关系（图 + 解说）

📌 举个真实例子说明它们关系

🎯 使用建议和注意事项

✅ 总结一句话：

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2. 为什么要用“内存页”？

二、在 C# 中如何使用“内存页”？

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👇 示例：分配并访问一页大小的内存

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四、实际项目怎么使用？

场景 A：主程序把数据写到共享内存，子程序读取处理

五、我该怎么学会它？

学习路线（建议你按顺序完成）：

ReadOnlySpan memeory span、内存页、堆栈是什么关系

🧱 一、三个核心概念介绍

✅ Span<T> / ReadOnlySpan<T> / Memory<T>

✅ 内存页（Memory Page）

✅ 堆 vs 栈（托管代码视角）

🧠 二、它们之间的关系（图 + 解说）

📌 举个真实例子说明它们关系

🎯 使用建议和注意事项

✅ 总结一句话：

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✅ 方式一：使用 `MemoryMappedFile` 映射一块内存页

✅ 方式二：使用 `Marshal.AllocHGlobal` 申请页大小的非托管内存

✅ `Span<T>` / `ReadOnlySpan<T>` / `Memory<T>`