为什么32位系统给进程是资源分配的基本单位分配4GB虚拟地址范围却只有0~FFFFFFFF

第4章 编程语言的运行机理
第5章 代碼的规范和风格
5.1.1 集成环境的设置
5.1.3 编译环境的设置
5.2 变量定义的规范
5.2.1 变量的命名规则
5.2.2 变量定义的地方规定
5.2.3 变量的对齐规定
5.3 代码对齐方式、分块、换行的规范
5.4 快速的代码整理方法
5.7 建议采用的一些规则
5.8 可灵活运用的一些规则
5.9 标准化代码示例
5.10 成对编码规则
5.10.1 成对编码的实现方法
5.10.2 成对编码Φ的几点问题
5.11 正确的成对编码的工程编程方法
5.11.2 成对编码的工程方法
6.1.1 分析案例一:软件硬盘阵列
6.1.2 分析案例之二:游戏内存修改工具
6.3.1 主干和分支分析举例
6.5.2 DLL动态与静态加载的比较
6.7 几种软件系统的体系结构分析
6.7.1 播放器的解码组成分析
6.7.2 豪杰大眼睛的体系结构

7.1.1 调试和编程同步
7.2 基本调试实唎分析
7.3 多线程应用的调试
7.4 非固定错误的调试
7.4.2 正确区分错误的类型
7.4.3 常见的偶然错误
8.1 数据类型的认识
8.4 MMX的实例一:图像的淡入淡出
8.5 MMX的实例二:MMX类嘚实现方法
【献给CSDN上的朋友们】
在CSDN论坛上多次见到网友搜寻《编程高手箴言》一书我本人也常常在书店里站着翻阅此书,
虽然对梁先生嘚部分观点实在不敢苟同但里面一些知识点确是讲的非常不错。
所以一直也在寻找电子版
今天正好看到有朋友帖出地址:
虽然只有前彡章,但已经相当不错(个人认为前三章乃是此书精华之所在)
只不过页面在网络上,看起来太麻烦而且很多广告链接,看得不太舒垺
于是我花了两个多小时整理出来(主要时间花在清理无用链接以及一些脚本错误,还有图片和链接的相对地址转换)
希望能给大家帶来方便,则是本人莫大欣慰

现在很多人以为程序就是软件,软件就是程序事实上,软件和程序在20世纪80年代时还可以说是
等同的,戓者说在非PC领域里它们可能还会是等同的。比如说某个嵌入式软件领域软件和程序可能
是等同的。但是在PC这个领域内,现在的程序巳不等于软件了这是什么意思呢?
在20世纪80年代的时候PC刚诞生,那时国内还没有几个人会写程序那么,如果你写个程序别
人就可以拿来用。那时候的程序就能产生价值那个程序就直接等同于软件。
但软件行业发展到现在这里以中国的情况为例(美国在20世纪80年代,程序已经不等同于软件
了)程序也不等同于软件了。因为现在写程序很容易但是你的这个程序很难产生什么样的商业意义,
也不能产苼什么价值这就很难直接变成软件。要使一个程序直接变成软件中间就面临着很高的门槛问
题。这个门槛问题来自于整个行业的形成
现在,你写了一个程序以后要面临商业化的过程。你要宣传你要让用户知道,你要建立经销渠
道可能你还要花很多的时间去说服別人用你的东西。这是程序到软件的一个过程这门槛已比较高了。
我们在和国内的大经销商的销售渠道的人聊天时他们的老板说,这幾年做软件的门槛挺高的如果
你没有五六百万元做软件,那是“玩”不起来的我说:“你们就使门槛很高了。”他说:“那肯定是的如果
你写个“烂”程序,明天你倒闭了你的东西还占了我的库房,我还不知道找谁退去呢我的库房是要钱的
呀!现在的软件又是那麼多!”
所以,如果你没有一定的资产的话经销商都不理你。实际情况也是这样的如果你的公司比较小,
且没什么名气你的产品放箌经销商库房,那么他最多给你暂收产品销不动的话,一般两周绝对会退
货因为现在经销商可选择的余地已很多了,所谓的软件也已經很多了而程序则更多,程序都想变成软
件谁都说自己的是“金子”。但只有经受住用户的检验才能成为真正的“金子”。
这就是媄国为什么在20世纪90年代几乎没有什么新的软件公司产生的原因只是原来80年代的大的软
件公司互相兼并,我吞你你吃我。但是写程序嘚人很多,美国的程序变软件的门槛可能比我们还高
所以很多人写了程序就丢在网上,就形成了共享软件
共享软件是避开商业渠道的┅种方法。它避开了商业的门槛因为这个行业的门槛发展很高以后就轻
易进不去了。我写个程序丢在网上你下载就可以用,这时候程序又等于软件共享软件是这样产生的,
是因为没有办法中的办法如果说程序直接等于软件的话,谁也不会轻易把程序丢到网上去
开始做共享软件的人并不认为做它能赚钱,只是后来用的人多了有人付钱给他了。共享软件使得程
序和软件的距离缩短了但是它与商业軟件的距离会进一步拉大。商业软件的功能和所要达到的目标就不
是一个人能“玩”得起来的了这时的软件也已不是几个人、一个小组僦能做出来的了。这就是在美国新的
软件公司没法产生的原因比如Netscape网景是在1995~1996年产生的新软件公司,但是两三年后它

1.1.1 商业软件门槛的形成
1. 商业软件门槛的形成
商业软件门槛的形成是整个行业发展的必然结果。任何一个行业初始阶段时的门槛都非常低但是,
只要发展到┅定的阶段后它的门槛就必然抬高。比如现在国内生产小汽车很困难,但在20世纪50年代
~60年代的时候你装4个轮子,再加上柴油机等就形成汽车那时的莱特兄弟装个螺旋桨,加两个机
翼就能做飞机。整个行业还没有形成的时候绝对可以这样做,但是到整个行业形荿时,你就做不了
了所有的行业都是这样的。
为什么网站一出来时那么多人去挤着做这也是因为一开始的时候,看起来门槛非常低囚人都可以
做。只要有一个服务器架根网线,就能做网站这个行业处于初始阶段时,情况就是这样的但这个行
业形成后,你就轻易哋“玩”不了了
国内的软件发展也是如此。国内的软件自从软件经销商形成以后这个行业才真正地形成。有没有一
个渠道是判断一个荇业是否形成的很重要的环节任何一个行业都会有一个经销渠道,如果渠道形成了
那么这个行业也就形成了。第一名的经销商是1994年~1995姩成立的也就是说,中国软件行业大概也
就是在1995年形成的至今才经历8年时间的发展。
有一种浮躁的思想认为中国软件产业应该很快僦能赶上美国。美国软件行业是20世纪80年代形成
的到现在已经发展了20多年了。中国软件行业才8年8岁才是一个懵懂的小孩,20多岁是一个强壯的
青年那么他们的力量是不对等的。但也要看到当8岁变成15岁的时候,它真正的能量才会反映出来
2. 软件门槛对程序员的影响
现在中國软件行业正在形成。所以现在做一个程序员一定要有耐心,因为现在已经不等于以前了
你一定要把所有的问题搞清楚,然后再去做程序
对于程序员来说,最好的工作环境是在现有的或者初始要成立的公司里面这是最容易成功的。个人
单枪匹马闯天下已经很困难了即使现在偶尔做两个共享软件放在网上能成名,但是也已经比较困难了
因为现在做软件的人已经很多了。这也说明软件已经不等于程序了程序也不等于软件。
程序要变成软件这中间是一个商业化的过程。没有门槛以前它没有这个商业过程,现在有这个行
业了它Φ间就有商业化的过程。这个商业化的过程就不是一个人能“玩”的
如果你开始做某一类软件的时候,别人已经做成了这时你再决定婲力气去做,那么你就要花双倍的
现在的商业软件往往是由很多模块组成的模块是整个系统的一部分。个人要完整地写一个商业系统
几乎是不可能的软件进入Windows平台后,它已经很复杂了不像在DOS的时候,你写两行程序就能
卖做个ZIP也能卖。事实上美国的商业编译器也不昰一个人能“玩”的。现在你可能觉得它是很简单
的甚至Linux还带了一个GCC,且源程序还在你可以把它改一改,做个VC试一试看它会有人用嗎?
它能变成软件吗即使你再做个界面,它也还是一个GCC绝对不会成为Visual C++那样能商业化的软
可见,国外软件行业的门槛要比中国的高很多叻我觉得我们中国即使再去做这样的东西,也没有多
大的意义了这个门槛你是追不过来的。不仅要花双倍的力气而且在这么短的时間内,你还要完成别人
已经完成过的工作包括别人所做的测试工作。只有这样才能做到你的软件与别人有竞争力,能与它做

1.1.2 认清自己嘚发展
如果连以上认识都不清楚很可能就以为去书店买一本MFC高手速成之类的书,编两个程序就能成为
软件高手就好像这些书是“黄金”,我学两下学会了VC、MFC,就能做一个软件拿出去卖了这种想
法也不是不行,最后一定能行但要有耐心,还要有机遇机遇是从耐心Φ产生的,越有耐心就越有机
遇。你得非常努力要花很多的精力,可能还要走很多的弯路
如果你是从MFC入手的,或是从VB入手的则如偠做出一个真正的能应用个人领域的通用软件,就
会走非常多的弯路直接的捷径绝对不是走这两条路。这两条路看起来很快而且在很哆公司里面确实需
要这样的东西,比如说我这家公司就是为另一个家公司做系统集成的那我就需要这样的东西,我不管你
具体怎么实现我只需要达到这个目标就行了。
任何软件的实现都会有n种方法即使你是用最差的那种方法实现的,也没有问题最后它还是能运
行。即使有问题再改一改就是。但是做通用软件就不行了,通用是一对多你做出来的软件以后要面
向全国,如果将来自由贸易通到香港吔好通到国外也好,整个产品能销到全世界的话这时候,通用软
件所有做的工作就不是这么简单了所以说,正确的入门方法就很关鍵
如果你仅仅只是想混口饭吃,找个工作可能教你成为MFC的高手之类的书对你就足够了。但是如果你
想做一个很好的软件,不仅能满足你谋一碗饭吃还能使你扬名,最后你的软件还能成为很多人用甚至
你还想把它作为一个事业去经营,那么这第一步就非常关键这時就绝对不能找一本MFC或找一本VB的
书学两下就行,而是要从最低层开始做起从最基本做起。

1.2 高手是怎样练成的(1)
1.2.1 高手成长的六个阶段
程序员怎样才能达到编程的最高境界最高境界绝对不是你去编两行代码,或者是几分钟能写几行代
码或者是用什么所谓的可视化工具产生最尐的代码这些工作,这都不是真正的高手境界即使是这样的
高手,那也都是无知者的自封
我认为,一个程序员的成长可分为如下六个階段
此阶段主要是能熟练地使用某种语言。这就相当于练武中的套路和架式这些表面的东西
此阶段能精通基于某种平台的接口(例如峩们现在常用的Win 32的API函数)以及所对应语言的自身
的库函数。到达这个阶段后也就相当于可以进行真实散打对练了,可以真正地在实践中莋些应用
此阶段能深入地了解某个平台系统的底层,已经具有了初级的内功的能力也就是“手中有剑,心中无
此阶段能直接在平台上進行比较深层次的开发基本上,能达到这个层次就可以说是进入了高层次
这时进入了高级内功的修炼。比如能进行VxD或操作系统的内核嘚修改
这时已经不再有语言的束缚,语言只是一种工具即使要用自己不会的语言进行开发,也只是简单地
熟悉一下就手到擒来,完铨不像是第一阶段的时候学习语言的那种情况一般来说,从第三阶段过渡到
第四阶段是比较困难的为什么会难呢?这就是因为很多人嘚思想转变不过来
此阶段就已经不再局限于简单的技术上的问题了,而是能从全局上把握和设计一个比较大的系统体系
结构从内核到外层界面。可以说是“手中无剑心中有剑”。到了这个阶段以后能对市面上的任何软件
进行剖析,并能按自己的要求进行设计就算昰MS Word这样的大型软件,只要有充足的时间也一定会
此阶段也是最高的境界,达到“无招胜有招”这时候,任何问题就纯粹变成了一个思蕗的问题不是
用什么代码就能表示的。也就是“手中无剑心中也无剑”。
此时对于练功的人来说,他已不用再去学什么少林拳只昰在旁看一下少林拳的对战,就能把
此拳拿来就用这就是真正的大师级的人物。这时Win 32或Linux在你眼里是没有什么差别的。
每一个阶段再向仩发展时都要按一定的方法第一、第二个阶段通过自学就可以完成,只要多用心去

要想从第二个阶段过渡到第三个阶段就要有一个好嘚学习环境。例如有一个高手带领或公司里有一
个好的练手环境经过二、三年的积累就能达到第三个阶段。但是有些人到达第三个阶段后,常常就很
难有境界上的突破了他们这时会产生一种观念,认为软件无非如此认为自己已无所不能。其实这时
如果遇到大的或難些的软件,他们往往还是无从下手
现在我们国家大部分程序员都是在第二、三级之间。他们大多都是通过自学成才的不过这样的程序
员一般在软件公司也能独当一面,完成一些软件的模块
但是,也还有一大堆处在第一阶段的程序员他们一般就能玩玩VB,做程序时詓找一堆控件集成一
现在一种流行的说法是,中国软件人才现在是一个橄榄型的人才结构有大量的中等水平的程序员,
而初级和高级程序员比较少而我认为,现在中国绝大多数都是初级的程序员中级程序员很少,高级的
就更少了所以,现在的人才结构是“方塔”形这是一种断层的不良结构。而真正成熟的软件人才结构应
该是平滑的三角形结构这样,初级、中级、高级程序员才能充分地各施所长三种人才结构对比如
图1.1 三种人才结构对比

1.2 高手是怎样练成的(2)
1.2.2 初级程序员和高级程序员的区别
一般对于一个问题,初级程序员和高级程序員考虑这个问题的方法绝对是不同的比如,在初级程序
员阶段时他会觉得VB也能做出应用来,且看起来也不错
但到了中级程序员时,怹可能就不会选择VB了可能会用MFC,这时也能做出效果不错的程序。
到高级程序员时他绝对不是首先选择以上工具,VB也好VC也好,这些嘟不是他考虑的问题这
时考虑的绝对是什么才是具有最快效率、最稳定性能的解决问题的方法。
软件和别的产品不同比如,在软件中偠达到某个目标有n种方法,但是在n种方法
中只有一种方法或两种方法是最好的,其他的都很次所以,要做一个好的系统是很需要耐心
的。如果没有耐心就不会有细活,有细活的东西才是好东西我觉得做软件是这样,做任何事情
也是这样的一定要投入。
程序员箌达最高境界的时候想的就是“我就是程序,程序就是我”这时候我要做一个软件,不会有
自己主观的思路而是以机器的思路来考慮问题,也就是说就是以程序的思考方式来思考程序,而不是
以我去设计程序的方式去思考程序这一点如果不到比较高的层次是不能奣白的。
你设计程序不就是你思考问题然后按自己的思路去做程序吗?
其实不是的在我设计这个程序的时候,相当于我“钻”入这个程序里面去了这时候没有我自己的任
何思维,我的所有思维都是这个程序它这步该怎么走,下步该怎么走它可能会出现什么情况。峩动这
个部分的时候别的部分是否要干扰,也许会动一发而牵全身它们之间是怎么相互影响的?
也只有到达这个境界你的程序才能嫃正地写好,绝对不是做个什么可视化可视化本身就是“我去设
计这个程序”,而真正的程序高手是“我就是程序”这两种方法绝对昰不同的。比如我要用VB去设计一
个程序,和我本身就是一个程序的思维方式是不一样的。别人也许觉得操作系统很深奥很复杂,其
實如果你到达高手状态,你就是操作系统你就能做任何程序。
对待软件要有一个全面的分析方法光说理论是没有用的。如果你没有經过第一、第二、第三、第四
这四个阶段则永远到达不了高境界。因为空中楼阁的理论没有用而这些必须是一步一步地去做出来。
一個高级程序员应该具备开放性思维从里到外的所有的知识都能了解。然后看到世界最新技术就
能马上掌握,马上了解实际上,技术箌达最高的境界后是没有分别的。任何东西都是相通的只要你
到达这个境界以后,什么问题一看就能明白一看就能抓住最核心的问題,最根本的根本而不会被其他
的枝叶或表象所迷惑,做到这一步后才算比较成功
从程序员本身来说,如果它到达这一步以后他就巳经形成了开阔的思维。他有这种开放性思维的
话他就能做战略决策,这对他将来做任何事情都有好处事实上,会做程序后就会有┅种分析问题的

方法,学会怎么样把问题的表象剖开看到它的本质。这时你碰到任何具体的问题只要给点时间,都能
轻而易举地解决实际上,对开发计算机软件来说没有什么做不了的软件,所有的软件都能做只是看
你有没有时间,有没有耐心有没有资金做支撑。
这几年尤其是这两三年,估计到2005年前中国软件这个行业里面大的软件公司就能形成。现在就
已经在形成例如用友,它上市后地位就更加稳固了。其他大的软件企业会在这几年内迅速长大这时
候,包括流通渠道、经销商的渠道也会迅速长大也就是说,到2005年以后中国软件这个行业的门槛比
现在还要高很多,与美国不会有太大的差别此时,中国软件才真正体现出它的威力来如果你是这些威
力Φ的一员,就已经很厉害了
别人可能知道比尔?盖茨是个谈判的高手,是卖东西的高手其实,比尔?盖茨从根本上来
说是个程序高手这昰他根本中的根本。他对所有的技术都非常敏感一眼就看到本质,而且他本
身也能做程序时常在看程序。现在他不做董事长而做首席设计师,这时他就更加接近程序的本
质因为他本身就有很开阔的思维,又深入到技术的本身所以他就知道技术的方向。这对于一个
公司对他这样的人来说,是非常重要的
如果他判断错误一步,那公司以后再回头就很难了计算机的竞争是非常激烈的,不能走错半
步很多公司以前看上去很火,后来就
销声匿迹了就是因为它走错一步,然后就不行了为什么它会走错?因为他不了解技术的本质在
哪里技术的发展方向在哪里。
比尔?盖茨因为父母是学法律的所以他本身就很能“侃”,很有说服力而他又是做技术的,就
非常清楚技术的方向在哪里所以他才能把方向把握得很准确,公司越来越大而别的公司只火一
阵子,他却火了还会再火就算微软再庞大,你洳果不把握好软件技术的最前沿一样也会玩完。
就像Intel时刻把握着CPU的最新技术才能保证自己是行业老大。技术决定它的将来
所以,程序员要能达到这样的目标就要有非常强的耐心和非常好的机遇才有可能。事实上现在的
机会挺好的,2005年以前机会都非常大以后机会會比较小。但是如果有耐心的话,你还是会有机会
的机会都是出在耐心里。我记得有句话说“雄心的一半是耐心”我认为雄心的三汾之二都是耐心。如果
你越有野心你就越要有耐心,你的野心才有可能实现如果你有野心而没有耐心,那都是胡思乱想别
人一眼就能看穿。最后在竞争中对手一眼就看到你的意图,那你还有什么可竞争的
1.2.3 程序员是吃青春饭的吗
很多人都认为程序员是三十岁以前的職业,到了三十岁以后就不应再做程序员了。现在的很多程序
员也有这种想法我觉得这种想法很不对。
在20世纪80年代末到90年代初那时軟件还没有形成行业,程序员不能以此作为谋生的手段时你必
须转行,因为你年轻的时候不用考虑吃饭的问题天天“玩”都可以,但昰以后就不可能了
据我了解,微软里面的那些高手几乎都是四五十岁的,而且都是做底层的他们是上世纪70年代就
开始“玩”程序的,所以对于整个计算机他们是太清楚了。现在有些人主观臆断地希望微软第二天倒闭就
好了但那可能性太小了。因为那些程序员是从CPU昰4004的时候开始玩到现在奔腾IV,没有哪一代
你知道他们现在正在玩什么吗现在正在玩64位的CPU。你说你普通的程序员有这个耐心吗?没有
這个耐心你绝对做不了,你也绝对当不了高手他为什么能做?因为他不仅是玩过来的而且他还非常

有耐心,每一步技术他都跟得上所以对他来说,没有任何的难度和压力

1.2 高手是怎样练成的(3)
因为计算机技术没有任何时候是突变的。它的今年和去年相差不会很大但昰回过头来看三年以前的
情况,和现在的距离就很大所以说,如果你每年都跟着技术进步的话你的压力就很小,因为你时刻都
能掌握朂新的技术但是,如果你落下来别说十年,就是三年你就赶不上了。
如果你一旦赶不上就会觉得非常吃力;如果你赶不上,你就會迷失方向;如果你迷失了方向你就
觉得计算机没有味道,越做越没劲当你还只是有个思路的时候,别人的产品都做出来了因为你嘚水平
跟别人相差太远,人家早就想到的问题你现在才开始认识。水平越高他就看得越远,那么他的思维就
越开阔;水平越低想的問题就越窄。
64位CPU是这个十年和下个十年最重要的技术之一谁抓住这个机会,谁就能抓住未来
赚钱的商机CPU是英特尔设计的,对这一点他肯定清楚举例来说,如果从64位的角度来看现在
的32位就像从现在的角度去看DOS。你说DOS很复杂吗当你在DOS年代的时候,你会觉
得DOS很复杂你說现在的Windows不够复杂吗?Windows太复杂了但是你到了64位的时候再去
看Windows,就如同现在看DOS一样
整个64位系统的平台和思维方式、思路都比现在更开阔,打个比方说现在的Windows里面能
开n个DOS窗口,每个DOS窗都能运行一个程序到达64位的时候,操作系统事实上能做到
开n个X86开n个Windows 98,然后再开n个Windows 95都没囿问题系统能做到这一步,甚至你
的系统内开n个Windows NT都没有关系这就是64位和32位的差别。所以微软的那些“老头”,
四、五十岁的那几个莋核心的人现在正在玩这些东西。你说微软的技术它能不先进吗是Linux那
微软的技术非常雄厚,世界计算机的最新技术绝对集中在这几个囚手里而且这几个人的思维
模式非常开阔,谁都没有意识到的东西他早就开始做了现在64位的CPU都出来一二年了,你说有
什么人去做这些應用吗没有,有的就是那几个UNIX厂商做好后给自己用的
所以,追求技术的最高境界的时候实际上是没有年龄限制的。对我来说现在嘟三十三了,我从来
没有想过退出这行我觉得我就能玩下去,一直玩到退休都没有问题我要时刻保持技术的最前端,这样
的话对我来說是不困难的没有任何累的感觉。
很多人说做程序不是人干的事情是非人的待遇。这样他们一旦成立一个公司,做出一点成绩在
輝煌的时候马上就考虑退出。因为他们太苦了每天晚上熬夜,每天晚上烧了两包烟还不够屋子里面简
直就缺氧了,好像还没有解决问題
白天睡觉,晚上干活那当然累死了,这是自己折腾自己所以,做程序员一定要有一种正常的心
态就是说,你做程序的时候不偠把自己的生活搞得颠三倒四的。如果非得搞得晚上烧好多烟才行这
样你肯定折腾不到三十岁,三十岁以后身体就差了

事实上,我基夲上就没有因为做程序而熬夜的我只经历过三次熬夜,一次是在学校的时候1986年
刚接触计算机时,一天晚上跟一个同桌在计算机室内玩遊戏研究了半天,搞着搞着就到了天亮这是第
一次。然后在毕业之前在286上做一个程序。还有一次就是超级解霸上市前那时公司已吹得很大了,
一般来说我也是十二点钟睡觉,第二天七点就起了所以说,只有具有正常的生活、正常的节奏
才有正常的心态来做程序员,这样你的思路才是正常的,只有正常的东西才能长久搞疲劳战或者是黑
白颠倒,时间长久后就玩不转了玩着玩着就不想玩了。
只要你不想玩不了解新技术,你就会落后一旦落后,你再想追就很难了。

在这一节中主要讲从我的经验来看,一般程序员需要紸意的地方教你怎样去具体学习不是我的责
任,你可以去任何一个书店去找一本书回来自己看就可以了这里只是对这些书做一些补充鉯及一些平常
入门最基本的方法就是从C语言入手。如果以前学过BASIC语言的话那么从C语言入手是非常容易
的。我就经历了一个过程根本不覺得这中间有太大的难度。其实C语言本身和BASIC没有什么两
样。BASIC每个所谓的命令在C语言里面都可以做成一个函数来实现那么你就能用那个命令组合成整个
程序。从这个角度来看BASIC和C语言没有本质的差别。C语言就是入门的正确方法没有其他。
现在的C语言本身就包含了嵌入汇編使学习汇编语言的时候更加方便。你可以忽略掉纯汇编里面的
很多操作也许有人觉得这个方法太慢了。但要知道工欲善其事,必先利其器要想成功,没有一个艰
苦的过程是不可能的所以一开始的时候就要有耐心。如果你准备花5年的时间成为高手那我敢说,你
根本不用等到5年你只要有这个耐心就足够了,你可能2年~3年内就能达到目标但如果你想在一年时
间内就成为高手,即使5年后你还是荿不了高手。
我们公司1998年招的开发人员都是应届大学毕业生很明显,有人好像什么都会又
会CorelDraw,又会Photoshop又会Flash,又会C++甚至VB也会。可昰这样的人到现在还是
全都会但是什么事情也做不好,做的东西“臭”死了但其中有一个人就不同,他以前甚至
连Windows的程序都没有做过只会在DOS下做几个小程序。但当我们把超级解霸的程序给他看
让他去研究的时候,他只用一周的时间就迅速掌握。他那个月进步非常赽几乎就是一生中进步
最快的阶段,这就是一个质的飞跃
从基本入手以后,当你的积累到达一个阶段以后就会有一个质的飞跃的阶段。事实上我也
有这么一个阶段,这个阶段也是我离开大学以后真正去公司做事的时候。当我真正拥有一台计算
机后我把所有以前積累的问题在一个月内做了探讨以后,感觉自己的水平迅速提高
入门和积累是很重要的。事实上到达高手的境界以后,不管什么语言鈈语言的其实都根本不用去
学,只要拿过来看两天就全部精通。如果你没有入门即使去书店找n本书,天天背它你也不会成为
所有嘚语言只是很花哨的表面东西。高手马上就能透过它的表象而看到它的本质这样才是真正的高
手。他不需要再去学什么Java或者其他什么語言。当他真正要写个Java程序的时候只要把Java程序
拿过来看一看,瞄一瞄书就全都清楚了。如果这时他学VB就更容易了我想他不用一天的時间,就能
学会到达高手的境界以后,所有的事物都是触类旁通的
当你成为C语言的高手,那么就你很容易进入到操作系统的平台里面詓;当你进入到操作系统的平台
里去实际做程序时就会懂得进行调试;当你懂得调试的时候,你就会发现能轻而易举地了解整个平台的

架构这时候,计算机基本上一切都在你的掌握之中了没有什么东西能逃得出你的手掌心。
上面只是针对程序的角度说明另外一点也佷重要,即好的程序员必须具备开放性思维也就是思考
问题的方法。程序员尤其现在很多的程序员,都被误导从MFC入手这就很容易形荿一种封闭式的思维
模式。这也是微软希望很多人只能学点表面的东西不致成为高手,所以他大力推荐MFC之类的工具但
也真有很多人愿意去上他的当,最后真正迷失方向说他做不了程序吧,他也能做程序但是如果那个程
序复杂一点,出现问题时问题出在哪里就搞不清楚了,反正是不清楚如果你真正有一种开放性的思
维,在你能够成为高级程序员的时候对MFC这些是不屑一顾的,MFC、VB根本不会在考虑的范围之
事实上很多人包括外面很多公司里面工资挺高的人,可能一个月能拿五、六万的这些人他们的思
维也不一定能达到很高的境界。但是他确实做了很多的事情,已经有很好的积累了但要上升到更高的
境界上,就要有正确的思维方法这就是为什么比尔?盖茨说,怹招人的时候宁愿招一个学物理而不是
学编程的。学物理的人会有非常非常广的思维他考虑的小到粒子,大到宇宙思维空间非常广闊,这
样他思考问题的时候,就会很有深度
有人研究物理研究得比较深的时候,他能针对某个问题一直深入进去很多写程序的人只會注意到这
行代码或那行代码,则比较起来则显得肤浅所以,编程的时候也要深入进去把你的爱好、你的所有思
维都放进去,努力做箌物我合一的境界

1.3.1 规范的格式是入门的基础
以前所有的C语言的书中,不太重视格式的问题写的程序像一堆堆的垃圾一样。这也导致了現在的
很多程序员的程序中有很多是废码、垃圾代码这和那些入门的书非常有关系。因为这些书从不强调代码
规范而真正的商业程序絕对是规范的。你写的程序和他写的程序应该格式大致相同否则谁也看不懂。
如果写出来的代码大家都看不懂那绝对是垃圾。如果把那些垃圾“翻”半天勉强才能把里面“金子”找出
来,那这样的程序不如不要还不如重新写过,这样思路还会更清楚一点。这是入門首先要注意的事
情即规范的格式是入门的基础。
正确的程序设计思路是成对编码先写上面的大括号,然后马上写下面的大括号这樣一个函数体就
已经形成了。它没有任何问题然后,比如你要写个for循环这时候先申明一个变量I,再写这个for循
环写上面的大括号,马仩写下面的大括号然后再在中间插一二行代码。插这段代码后如果你又要用
到新变量,则再在头上添加新的变量然后再让它进行工莋。这就是一种成对编码
这样,当你用到一个内存的时候写一个分配函数分配一块内存,马上就接着写释放这块内存的代
码然后你洅在中间插上你要用这个内存做什么。这是正确的快速的编程方法否则,你去查或调试代码
都无从下手针对这个程序来说,如果用成對编码则它任何时候都是可以调试的,不需要你整个程序都
它是任何时候都可以编译调试的甚至你写了两个大括号,中间什么也没有它是空的时,你都可以
进行调试你写了第一个for循环,它也可以进行调试当你又写了一个分配内存、释放内存以后,它还可
以进行调試它可以编译运行,里面可以放断点这就是成对编码。
成对编码就涉及到代码规范的问题为什么我说上面一个大括号,下面一个大括号而不说成是前面
一个大括号,后面一个大括号呢如果是一般C语言的书,则它绝对说是后面加个大括号回过头前面加
个大括号。倳实上这就是垃圾程序的写法。正确的思路是写完行给它回车给它大括号独立的一行,下
面大括号也是独立的一行而且这两个大括號跟那个for单词中间错开一个TAB。
集成环境的TAB首先要设成8因为TAB的基本定义就是8,而现在的VC把它设成了4这样
使得你编出的程序放到一个标准嘚环境里看的时候就是乱的。
代码一定不能乱一定要格式非常清楚,这点使你写的程序我能读我写的程序你也能读,不需要再
去习惯彼此的不同写法
而且结合成对编码思维,这时候你去读一个程序的时候你会发现,你读程序的方法变了以前读程
序的时候,你可以先去读它的变量是什么然后再读第一行、第二行,读到最后一个大括号这是一种读
程序的方法。现在就不一样了现在读程序的时候僦养成了一种习惯,就是分块阅读程序很明显两个大
括号之间就是一块代码。

那么写出一个程序后你要读这个程序是干什么的,只要看这个大括号和那个大括号之间的部分就可
以了不需要再去读其他的代码是干什么的。比如你从Linux中或网上下载了一个“烂”程序后,該怎么去
阅读它最好的方法是先把程序所有的格式都整理好,先别去读它把所有的格式按照这种规范化的方
法,把它的括号全部整理恏这时候你再读那个程序,只要半分钟就读懂了但是你可能要整理一个小
时。但如果不这样做你可能读两个小时都读不清楚该程序。
这点绝对不会有人告诉你现在没有人去讲解这方面的技巧。这也是我写了那么多的程
序才总结出来的。一开始的时候我也像那些敎科书所教导那样写,后面放个大括号前面放个
大括号,甚至括号连括号一连四个括号,每个括号对哪个最后都找不清楚编译告诉伱好像少了
一个括号,于是找呀找呀,上面找下面找,而这个程序又很大只有一个函数,上面在上屏
下面在下屏,最后翻来翻去吔翻不出
所以我就想,大括号之间要互相对应即使不在一个屏幕内,也能很容易地看到它因为只要
光标落在这个大括号里面,往上詓找即能找到它头上的那个与此对正的,而且这些代码是在一起
的这一层代码和下一层代码是互相隔开的,我只要读这层代码下面那一层代码就不需要了。
比如它有n个for循环的时候,我只想看某一个for循环这时我只要对正大括号,它的光标往
上走一下就能找到了。洳果按照教科书那样写的话你要读呀,读呀要把所有的代码,把所有
循环都读一遍才可能找到你要的东西。这就是成对编码和规范囮的方法(详细叙述请参考代码规
代码中如果不包括正确的思路那该代码就没有什么用。如果是一个代码爱好者去收集代码而现在
网絡上代码成群,Linux本身就带了一大堆的程序那些程序对你真的有用吗?我看不见得而且那些程
序还在不断地升级,那程序还会有新版洳果你把它拿来看一下,对你来说其实没什么价值
那怎么样使得它对你有用?就必须用上面所说的方法经过这么处理以后,你就能真囸取到它其中的
设计思路这样才能变废为宝。如果是MFC之类的东西那你就不用找了,因为即使找也找不出有价值
的东西,全部是VC自动給你生成的一堆堆的垃圾框架相对于网上Linux程序来说,它可能更“臭”一些

在软件没有形成行业,程序等同于软件的时候那时候程序佷容易体现出价值来。只要得到代码就
相当于得到这个软件。但现在就不同了现在的程序都不是几行,你写出的程序如果又没有注釋,格式
又很乱你拿过来给我,我还得花很长的时间才能读得清楚那这样的程序的代码有价值吗?
我经常听到一些程序员在外面兜销玳码很多是学校的学生,尤其那些素质比较差的研
究生和老师做了一个项目后,他拿出来到外面到处去卖但是他最后可能卖出去吗?最后可能还
是没卖出去因为那个程序很庞大。如果某个公司买了这个程序以后该公司还得招一个人去读这
个程序,当这个人读懂以後他又离职了,那公司买这个代码干嘛
代码本身体现不出价值来,有价值的代码一定是不仅格式非常规范而且还要有很详细的设计思路和
注释,这个是很重要的首先要养成这种习惯,教科书里面很少讲为什么要做注释注释应该怎么注。有
些人爱在哪儿下注释就在哪儿下注释甚至在语句中间也加,中间也可弄两个斜杠放两个花括号写点注
注释格式是非常重要的但很少有人去注意它。现在的程序洳果没有注释则基本上是没法用的,也
就跟你拿一个可执行程序没什么两样你拿过来还不能随便改,你改了后编出来的程序绝对不能鼡所
以,程序如果没有详细的注释别人就算拿到了代码也没有用,体现不出它的价值来
Linux是个操作系统,很厉害呀!其实那些程序你拿回来耐心地去读它,会发现它里面乱得很,那
个内核程序除了作者自己能读懂外别人可能要花很长的时间才能读懂。Apache的作者对自巳Apache那
套代码是很清楚但换一个做浏览器的人去读,也会很困难一般人只把代码复制下来后,打个BUILD命
令看看能不能正确地编译最后能囸确编译的程序就是好的,如果不能正确编译的程序就删掉吧再下载
一个,因为他没有正确的对待代码的那种思维而只是认为那代码夲身才有很大的价值,不用关心有没有
如果代码没有注释和规范是没有价值的,这也是现在为什么很多的个人跑去卖源程序的时候很哆
的公司都不要。我们不是说没有技术任何程序都能做,只是时间的问题而且像视频中有的技术,比那
些卖代码的技术还要深得多嫃正要做一个有价值的程序,开发程序的思维就很重要这种思维的具体体
现就在注释及规范的代码本身。
调试是很重要的一个部分所囿的程序都是调试出来的,不是写出来的讲怎么去调试,实际上就是
讲一种解决问题的思路所有的程序写出来后一定是有问题的,既嘫有问题就一定会有一个解决问题的
思路。解决问题的方法就是调试的方法
用VB或者是MFC做出来的程序,先运行一遍看看什么地方有问题如果发现有问题,重新改一改
然后又重新运行。这种方法是还没有入门的调试方法即是看直接的表象。这种方法既浪费时间又不能

调试是很重要的内容,如果要进入高深境界调试是除了了解设计程序、平台以外,一个非常重要的
难关如果要成为高级程序员,就必须过这一关如果不懂调试,则永远成不了高手在学习调试的过程
中,对汇编语言、体系结构会有进一步的了解
你可能觉得我把调試的作用说得言过其实了,举例子说明一下吧请把以下的C程序改写成汇编代
我发现90%的人写出来的汇编代码可能是不正常的或有错误的。要么是不了解32位汇编要么是不循
环,要么只有循环没有处理等这是为什么呢?因为就算是一段小小的代码如果没有经过调试,也鈳能
如果你是初级一点的程序员则如果程序出了问题,也不知道原因所在怎么回事呀?我就是搞不清
楚要搞清楚首先要调试,这就涉及到调试的问题比如说,放到一个文件里面的它出错了,我查程序
看了n遍它就是没有任何问题,这时候该怎么办呢这时的解决方法就是调试,调试能使得一个程序正
常地运转起来如果对于程序员来说写这个程序可能只用了一天的时间,但是调试可能会花他二三忝的时
间一个程序绝对是调试出来的,不是编出来的如果说哪个系统是编出来的,那它肯定会有很多性能方
面的问题包括可能有不鈳预测的各种各样的问题。
程序出现问题的话要能考虑到各种各样可能的情况,绝对没有任何臆测比如,有可能完全是编译
器的错误也有可能因你程序里面增加了什么,而对程序产生干扰甚至还有一种可能是你的指针基本就
没有给它赋值,指向了别的地方把别的東西破坏了。这些情况太多了还有一种常见的错误,即MFC里
面很常见的一种设计思维就是任何一个东西,只管创建不管释放、销毁。這种思路是现在很多程序员
做的程序没用几下就会死机的原因这绝对是错误的设计思路,而MFC让你这么做就是让你永远成不了
高手,你寫的程序永远不可能稳定
MFC里面的所有的结构也好,变量也好只需要你去分配一个,几乎就不需要你去释放
它这绝对是错误的,程序┅定要成对编写成对编码是快速编写程序的一种方法,而教科书里面
讲的那些都是从头到尾去编先把那个什么变量编写上,再写第一荇再写第二行,再写第三行
最后再写个大括号。这种方法绝对是错误的对于现在的程序来说,它效率很慢没法即时调试,
因为只囿最后把所有的程序做完以后才能进行调试,所以在这中间出现错误的几率就积累得非常

要具备开放性思维就必须了解包括从CPU的执行方法,到Windows平台的运转到你的程序的调
试,最后到你要实现的功能这一整套的内容只有做到这样,才能真正提高如果你的知识范围很窄,什
么也不了解纯粹只了解语言,那你的思维就会很狭隘就会只想到这个语言有这个函数,那个语言没有
那个函数这个C++有这个类,那个语言没有这个类等而真正要做一个系统,思维一定要是全面的游
离于平台之上的系统和实际的应用软件是不现实的。
这种所谓悝想化已经有很多人提出是不现实的。所以任何一个软件一定都是跟一个平台相关联
的,脱离平台之上的软件几乎都是不能用的这僦必须对平台的本身非常了解。如果你有平台这些方面的
知识这样在思考一个问题的时候,能马上想到操作系统能提供些什么功能我洅需要做些什么,然后就
能达到这个目标这就是一种开放的思维。
在开放的思维下我要做这个程序的时候,就会考虑怎么把它拆成几個独立的、分开的模块最简单
的,怎么把这个模块尽量能单独调用而不是我要做个很大的EXE程序。一个很普通的程序员如果他能
够考慮到将程序分成好几个动态库,那么它的思维就已经有点开放性了就已经不是MFC那些思维方式
了。思考问题的时候能把它拆开就是说,任何一个问题如果你能把它拆开来思考,这就是简单的开放
但光会拆还是不够的尽管有很多人连拆都不会。很多教科书中的程序要解决问题的时候,就一
个main以后就是一个非常长的函数。这个main函数把所有的事情都解决了如果连函数都不会分的
话,则就是典型的封闭式思维
这样的人不是没有,我是碰见过的一些毕业生做的程序就有这种情况。所有的问题都由一个函数来
解决他就不会把它拆成几個模块。我问他把一件工作拆成几件模块不是更清晰吗?他说拆出来后的
模块执行会更慢些。这就是很明显的封闭式思维和非封闭式思维的区别
你看MFC的思路,那就是一层套一层的要把所有的类都实现了,然后继承它从CWnd以后,把所
有的东西都包括进去了组成一个巨型的类。这个巨型的类连界面到实现统统包括在里面这时你怎么
拆?根本就没有拆的方法这就是封闭式思维。
如果一个系统、一个程序不能拆的话则它基本上是做不好的。因为任何一个程序如果它本身的复
杂度越大,它可能出错的几率就越大比如最简单的,哪個函数越大则该函数的出错几率就越大。但如
果把该函数分成很多小的函数每个小的函数的出错几率就会很小,那么组合起来的整个程序的出错几
率就很小这就是为什么要把它拆出来的原因。
你用C++来实现的方法也是一样的你要把它拆成许多的接口,如果能做到这样你就能把它独立起
来,甚至你能把它用动态库的方法去实现动态库是现在的程序非常重要的一块。
1.4.1 动态库的重要性
有了动态库当你偠改进某一项功能的时候,你可以不动任何其他的地方只要改其中你拆出来的这

一块。这一块是一个动态库然后把它改进,只需要把這个动态库调试好后整个系统就可以进行升级。
但如果不是这样你的整个程序是独立的文件,然后另外的功能也是一个独立的文件,把这个程序
编译成一个EXE这就不是动态库的思想。按道理我只改这个文件,其他系统也不需要进行调试理论
上看起来是一样的,而實际的结果往往就是因为你改动了这个文件使得原来跑得很好的整个系统,现在
不能跑了或者出现了很奇怪的现象如何解释这个问题?事实上这就涉及到编译器产生代码的方法,如
果不了解这点的话永远找不出问题来。
不存在没有BUG的编译器包括VC,它也会产生编译仩的问题就算把这些问题都排除,你的软件
也可能因为你加了某些功能而影响了其他的文件,这个几率甚至非常大这又得把你以前嘚测试工作重
动态库和EXE有什么不同呢?
动态库包括它的代码和数据都是独立的,绝对不会跟其他的动态库串在一起但是,如果你把所囿
功能放到一个EXE的工程里面它的数据和代码就都是放到一起的,最后产生可执行程序的时候就会互
相干扰。而动态库就不会这是由操作系统来保证的。从理论上看动态库也是一个文件,我做这个工程
的时候也是一个独立的文件但它就会出现这样的问题。
程序设计鋶程其实很简单第一步就是要拆出模块,如果你有开放性思维,则任何软件都非常容易设
计怎么设计呢?首先拿到问题的时候,一定偠明确目标;然后对操作系统所提供哪些功能,程序怎
么跟操作系统接口考虑清楚;接着就是“砍”,把它分开要把它拆成一个个嘚独立的模块;最后,再进
一步去实现从小到大地进行设计。
首先“抓”马上能进行测试的简单的模块就像刚才说的成对编码那样,寫任何一个部分都要进行调
试每个部分最好能独立进行调试。这样每个部分都是分开的时候,它都有一定的功能当把所要做的
功能嘟实现后,组合起来再进行通调就可以了。
决定一个软件的成败还是得看该软件设计的思维是否正确我们也试过,即使你把那些所谓嘚软件写
得再明白也没有用如果实现这个软件的思路不对,则下面的工作根本就没有必要
做软件时,一定要把注释写进去这样写成嘚软件如果要改版的话,就很容易因为你的整个系统是
开放性的,那么你要增强某些功能的时候都是针对其中的某个小项做改进,只偠改它就是了如果那个
功能是全新的,则它本身就是一个独立块只要去做即可。
现在很多开发工具都提供了自动化设计的功能在生荿新的程序的时候,只要设置好一些条件就能
自动产生程序的框架,这是一种趋势吗
其实,这种方法不太适用通用软件的开发针对某个公司做个ERP系统,可能会管用但是那些方法
拿不到通用软件里面来。通用软件绝对是一行一行地编码产生出来的而且每一行编码的結果要达到一种
什么叫可预测性?就是你写程序的时候如果发现某一种症状,马上就能想到该症状是由于哪个地方
出了错而不是别的哋方,也就是从症状就能判断出是哪些代码产生了问题这就是可预测性。
如果你用MFC来“玩”的话即使它出错了,你也可能不知道错误茬哪里它的可预测性就很差。做软
件时如果它的可预测性越高,解决问题的方法就越快如果某用户说我出现什么状况了,你马上就鈳以

断定错误而不用去搜索源代码,就能想到程序可能是什么地方有问题则这就是可预测性。

1.4.3 保证程序可预测性
设计程序的时候如哬保证可预测性呢?答案就是我们上面所说的所有的代码必须是经过测试的,
必须是一步一步调试过的只有经过你调试过的代码,你財能知道这个代码做某种运算的时候它是怎样
的执行方法。如果你不知道它的执行方法你没进行过调试,则你就没有任何预测性要達到可预测性,
代码在汇编级是怎么执行的你都得非常清楚。代码对哪个部分进行了什么操作你都得知道。如果达不
到这点你的可預测性就很差。
比如有些程序,你看它的C或者C++的源代码时都看不出任何的问题。你看静态的程序时看不出
任何问题动态的程序调试伱也看不出任何问题,这时你必须把它的汇编打开,看一看它具体的操作
才能知道。所以说开放性思维非常重要,你必须从最低层箌最上层都要清楚VC本身提供了一个汇编
的调试环境,但是打开汇编后如果你都看不懂,那你说怎么调呢调什么?如果一个程序经过調试出
来则它会出错的地方你马上就会知道,只要看一些表现就知道它有些什么问题。
比如说我们做“大眼睛”的时候有个这样的現象。当要显示一个很大的图的时候屏幕上只能显示其
中的一小块,这样就可能需要拖动整个图像但是拖的时候,如果在Windows 2000或Windows XP系统下
就會发现一旦我将图像拖到右下角时,图像就一下到左上角去了该图像在右下角没有到底的时候还是
显示正确的,但一旦到底就把右丅角转到左上角去了,如图1.2所示
这是怎么回事?在Windows 98和Windows 95下从来没有这个问题,而且如果图像不到右下角这一
行只差一点,它也不会出現这样的问题为什么在Windows 98下没有这样的问题,在Windows 2000下
会有呢难道是我的程序有问题?
图1.2 图像显示问题示意图
这时我就做了一个区域的比較,即看这个区域和整个这个图像的区域是否中间运算有错误。但程
序是调用Windows本身的API我就怀疑是不是这个API出问题了。于是又重新写了┅个区域相交部分
一步一步去查它,也没有任何问题在任何情况下都是好的,但是到达右下角时图像就会翻过来。经过
以上两个步驟后我就能确定,这是Windows操作系统的问题Windows 98下没有这个问题,Windows
2000有Windows XP也没有改过来。这是操作系统的原因绝对不是软件的问题。
为什么会絀现这样的问题这是因为微软设计系统的那些家伙自以为聪明。只要图像的左上角是0
不管三七二十一,肯定往下面放但是它的图像昰正向位图,所有的位图设计的时候是倒过来的而一个

正向位图的高度是负的,否则它显示的时候是倒过来的高度是负的时候,这个0發生了变化从上向下
的,那么他设计操作系统的时候只看了0而没去看高度,这时他没做条件处理他的想法是为了加速这
个位图的速喥,是做优化的结果但结果就出错了,而到现在他也没有解决这个问题
所以,可预测性在这里就显得很重要了当出现这个问题时,能想到要么就是区域合并有问题要么
就是直接显示的这个函数有问题。区域合并的问题可以解决我写个函数还不行吗?我一步一步地詓跟
踪就能肯定这个API有没有问题,最后得出结论是有问题也的确是它有问题。如果你不会调试的话
这个问题你永远也查不出来;如果你不了解操作系统,你永远不会想到操作系统会出问题;如果你不了解
这个平台你根本就不知道问题所在。所以要成为一个高手,視角一定要从里到外从点到面非常开
阔。如果你局限在一个封闭的思维里做系统就很难。

2.1 8位微处理器回顾
在20世纪70年代中期开始出现叻8位芯片。8位芯片与以前的4位芯片相比无论在指令还是译码数
据,以及数据处理上都能按8位的方式进行处理并且它提供了更多的寄存器和更快的寻址方式。
当时形成了以Intel的8080、摩托罗拉的MC6800(设计此芯片的人还设计出6502后被苹果II采用)
和Z80(此芯片在我国当初应用甚广)三足鼎立的局面。
以Intel 8080为例它由6000多个晶体管构成,每秒能执行约60万次操作寻址空间达到64KB,指令
苹果Ⅱ使用的是6502芯片6502的指令比较少,6502 CPU有256Byte的固萣堆栈区内有一些基本
函数的功能。因为6502为8位所以整个内存只有64KB。6502在苹果II及任天堂游戏机中被广泛地使用
可惜6502没有后续的兼容性的產品。
在没有IBM PC之前个人电脑就是苹果。其中苹果II是成功之作,而它没有使用Intel的8080及后来
的8086这令Intel这家CPU厂商倍受压力。为此Intel加快了技术嘚研发,从8位机转向16位机;相
反6502的成功没有令它的厂商进一步开发16位的高性能的CPU。由此可见机会永远是留给有心人
为了保持在微处理器领域的领先地位,Intel在1978年推出了16位的8086芯片但当时大部分计算机
外部设备都是为8位微处理器而设计的,所以8086并没有引起大的反响为此,Intel於1979年推出了
准16位芯片8088即它的内部总线为16位,而外部总线为8位
当IBM进入PC市场时,成为首选尽管后来IBM要自己开发新CPU,并且想
因为当时人们還没有对计算机产生“代”的概念当时苹果机选用6502时,开发6502的那
家CPU公司认为从此可以稳坐泰山了就没有投入精力去开发新的或与这一玳兼容的16位的下一
代CPU。这时Intel看到了机会,它迅速地研制出比苹果机要好得多的16位CPU 8086这时,苹
果机发现压力很大所以也做了一个16位的也能兼容6502的CPU。但是这个CPU比8086差些,
所以苹果公司以后也就一直没有用生产6502 CPU的公司的CPU了这个公司就失去了成为生
产CPU的核心公司的一个机会。後来的苹果选用了68000

图2.1 计算机执行单元的主要结构
计算机主要是由总线、I/O、内存、寄存器、运算器这几个主要部件组成的。
与6502之间最大的鈈同在于指令的体系结构当我在使用6502的苹果II时,面临的最大难
题是64KB的内存限制同样的问题从8086(16位)到80386(32位)也出现了,在32位到64位时还將出
8086最头痛的问题在于段式结构1MB的内存被它的段偏移所限制。至今我也不明白Intel当初为何要
设计成这么复杂的内存机制也许是为了与8080兼嫆的需要。这套笨拙的体系一直延续到IA64为止
8086的内存机制使得段寄存器IP只要用16位就可以进行工作,否则IP寄存器就要用20位来工作。
从软件嘚角度来看执行指令如一个个小的函数一般,所以CPU中的指令可以通过软件的方法来模
拟也就是有这种思想,计算机界曾经出现过RISC(精簡指令体系)和CISC(复杂指令体系)的争
论RISC就是在设计CPU时,只把最常用的指令用硬件来实现其他的指令都通过微代码用软件的方法
模拟實现。CISC是一种指令对应一组执行单元的体系结构不过,随着CISC工作频率的提高和技术的发
展RISC现在已经黯然失色了。
8086在指令执行的时候引叺了流水线的概念例如,一个运算过程要分为6步来完成当运算完成第
一步后,CPU就会自动地进入第二步继续工作当第三步完成后再运荇第四步,这样一直下去直到整个
过程结束,这个计算过程就宣告完成
但当CPU开始运行第一条指令的第一步时,第二条指令就可以进来叻这样就可以连续不断地运行。
如果把每一步想像成CPU中的一个周期那么相当于一个周期就运算完一条指令。如果增加流水线的数
目僦可以相应地增加每个周期所完成的指令运算。
包括4个16位的数据寄存器两个16位指针寄存器,两个16位变址寄存器分成四组,它
们的名称囷分组情况如图2.2所示
通用寄存器中,这些寄存器除完成规定的专门用途外均可用于传送和暂存数据,可以保存算术逻辑
运算的操作和運算结果

段寄存器能在8086中实现1MB物理空间寻址,并可与8080 CPU进行兼容段寄存器都是16位的,分
Segment)寄存器SS和附加段寄存器
标志寄存器在8086中有一個16位用于反映处理器的状态和运算结果的某些特征。其中包括9个标志
这些标志位分为两类,其一是运算结果标志主要用于反映处理器嘚状态和运算结果特征,有进位标
其二是状态控制标志它控制着处理器的操作。要通过专门的指令才能使状态控制标志发生变化其
8086 CPU有20根地址线,可直接寻址的物理地址空间为1MB系统
内存由以字节为单位内存的存储单元组成,存储单元的物理地址长20位范围是00000H至FFFFFH。尽
管内蔀的ALU每次最多进行16位运算但存放存储单元地址偏移的指针寄存器都是16位的,所

以通过内存分段和使用段寄存器的方法来有效地实现寻址1MB嘚空间
逻辑段要求满足第一逻辑段的开始地址必须是16的整数倍,第二逻辑段最长不超过64KB的空间段
与段可以相互重叠和联接。
存储单元嘚逻辑地址由段值和偏移两部分组成用如下的形式表示:
所以根据逻辑地址可以方便地得到存储单元的物理地址,计算公式如下:
物理哋址=段值×16+偏移
段值通过逻辑段的段寄存器的值来取得偏移可由指令指针的IP、堆栈指针SP和其他可作为内存指针
使用的寄存器(SI、DI、BX囷BP)给出,偏移还可以直接用16位数给出指令中不使用物理地址,而使
用逻辑地址由总线接口单元BIU按需要根据段值和偏移自动形成20位物悝地址。物理地址的形成如
图2.4 物理地址的形成
中断使CPU暂停正在运行的事件而转去处理另一事件其实,中断还可以认为是一种函数的调用不
过,这个函数是随时都可能调用的这样,中断就很好理解了我们把引起这种操作的事件就叫中断源。
它们可以是外设的输入输出請求也可是计算机的一些异常事件或者其他的内部原因。
在的计算机中支持256种类型的中断,其中断编号依次为0~0FFH
每种中断都有一个中斷处理程序与之相对应。这些处理程序的段值和偏移量都被安排在内存的最顶
端因为它们占用1KB字节空间(256×4),所以当发生中断时CPU根據中断向量表就可以很快地查找
到对应的处理程序来处理中断事件。中断向量表如图2.5所示
我们从图中可以看到,所谓中断号其实就是中斷处理的入口地址

按Intel的定义,0~32个中断是CPU出错用的称为异常。32~255是给系统自己定义使用的
在DOS中,系统使用被分成了两个部分一个蔀分是硬件的IRQ,IRQ就是级连的中断控制器其他的则
被分配给软件使用。现在64位的CPU中中断扩充成16位,则理论上可有64KB个中断
80286芯片能在实模式和保护模式两种方式下工作。在实模式下80286与8086芯片一样,与操作系
统DOS和绝大部分硬件系统兼容;在保护模式下每个同时运行的程序都茬分开的空间内独自运
行。286的保护模式还是有很多不兼容缺陷到了386才算有真正的改革,操作系统才真正进一步发挥作
用从16位真正跨入32位程序。
1985年真正的32位微处理器80386DX诞生,为32位软件的开发提供了广阔的舞
台1989年,Intel推出80486芯片把387的浮点运算器合于486之中,并且采用流水线技術令CPU每
个周期可以执行一条指令,速度上突破100 MHz超过了RISC的CPU。1992年Intel发布奔腾芯片,采
用多流水线技术及并行执行的能力从此,CPU可以每个周期执行多个指令1995年的奔腾Pro能力上再
进了一步,产生动态执行技术使CPU可以乱序执行。我们知道从80386开始到现在的P4的CPU,它
们的体系结构┅直都是相同的增加的只是内部的实现方式,所以这些体系结构对大多数程序员来说就
80386寄存器的宽度大多是32位,可分为如下几组:通鼡寄存器、段寄存器、指令指针及标志寄存
器、系统地址寄存器、调试寄存器、控制寄存器和测试寄存器应用程序主要使用前面三组寄存器,只有
系统才会使用其他寄存器这些寄存器是8080、8086、80286寄存器的超集,所以80386包含了先前处
理器的全部16位寄存器。80386的部分寄存器如图2.6所礻
80386有8个通用寄存器,这8个寄存器分别定名
为EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI和EDI它们都由原先的16位寄存器扩展而成。这些通用
寄存器的低16位还是可以作为16位寄存器存取并不受影响。以前的AX、BX、CX、DX这4个寄存器还
可以单独使用这16位中的高8位和低8位即分别是AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH和DL。
在80386中8个32位通用寄存器都可以作为指针寄存器使用,所以32位通用寄存器更加通用

80386中有6个16位的段寄存器,分别命名为CS、SS、DS、ES、FS和GS其
中,FS和GS是80386新增加的寄存器
在实模式下,内存的逻辑地址仍是“段值:偏移”形式而在保护模式下,情况就复杂很多了它总体
上是通过可见部分寄存器指姠不可见的内存部分。有关内容将在2.3.2节中介绍
所有这些寄存器的可见的部分和不可见的部分在IA64中可以直接处理IA 32位的一切,就像80386中
3. 指令指針和标志寄存器
80386的指令指针寄存器扩展到了32位记为EIP。EIP的低16位是16位的指令指针IP与以前
由于在实模式下,段的最大范围是64KB所以EIP的高16位必須全是0,仍相当于16位的IP作用
80386中,标志寄存器也扩展到了32位记为EFLAG,如图2.7所示
AMD采用了X86架构并将之扩展至64位,开创了X86-64架构
(1)处理器在32位的X86位纯模式下工作,可以运行现在的32位操作系统和应用软件
(2)处理器在“长模式”下工作,运行64位的操作系统既能执行32位应用程序,又能执行64位
(3)只有在“64位模式”下才能进行64位寻址和访问64位 寄存器。
(4)扩展是简单并且兼容的所以处理器可以以最高的速度囷性能支持X86和X86-64。
所有的用户都能获得32位的性能和32位的兼容性在需要时,客户可以在不放弃32位兼容性的
情况下迁移至64位的寻址和数据类型沿用主流PC架构的发展而不是重新创作。AMD-64寄存器如

80386提供了两种工作模式其一为实模式,在此模式下80386可以和8086、8088完全地兼容。其
二为保护模式它是80386提供的一种全新的强的工作模式。在保护模式下不仅可寻址4GB的内存空
间,扩充了内存的分段管理机制并可对内存进行分页管理,而且还可实现虚拟内存支持多任务。
保护模式最重要的是完善了多任务保护机制其实在80286开始,就具备了保护工作方式但当时還
不是很完善,80386才得到真正的完善有两种保护模式任务方式。
(1)不同任务之间的保护:通过把每个不同的任务放在不同的虚拟地址空間中来实现不同任务间的
隔离(即A程序不能访问和修改B程序的代码和数据),以达到程序间的隔离
(2)同一任务的保护:在每一任务の内定义了4种保护级别。分别为0、1、2、3按环的方式来表
图2.8 同一任务保护模式
其中,0级代表最高的权限级3级代表最低的权限级。按环的方式来表示数字小的在“内环”,数字
大的在外环其中,环0、1、2为系统级环3为用户级。原来的系统都是基于用户和系统来设计的所以
一般的系统只使用环0和环3这两个级。
80386继续采用分段的方法管理主内存内存的逻辑地址由段基地址(段的起始地址)和段内偏移两
部汾表示,存储单元的地址由段基地址加上段偏移得到段寄存器指示段基地址,各种寻址方式决定段内
实模式下段基地址仍然是16的倍数,段的最大长度仍然是64KB段寄存器内所含的仍然是段基地
址对应的段值,存储单元的物理地址仍然是段寄存器内的段值乘上16再加上偏移所以,尽管386有32根
地址线可直接寻址物理地址空间达到4GB字节,但在实模式下仍然与相似。
在保护模式下段基地址可长32位,并且无需是16嘚倍数可以是内存内任意一个开始点,段的最大
长度可达4GB它的寻址就与有很大的变化,如图2.9所示

图2.9 保护模式下的寻址
保护模式下的虛拟器由大小可变的存储块组成,这样的存储块还是称“段”每个段由如下的三个参数
进行定义:基地址、段界限、段属性。在保护下鈳以建立多个段
而描述段的属性参数就称为“描述符”。它的格式如图2.10所示
图2.10 描述符的格式
这些描述符会放置在内存的某一块空间内。
在和80386实模式下段寄存器用来表示段值。而在80386的保护模式下段寄存器就成为
选择子。可以将选择子看做一个句柄
选择子的作用就是指向对应的描述符。例如代码选择子的值是02H(也就是CS=02H),那么它指
向的就是02H个描述符
80386的寻址过程如图2.11所示。
当在机器运行如下代码時:
假设此时DS=04HDX=2344H,那么CPU怎样才能在内存中找DS:[DS]的值呢其步骤如
(1)从DS选择子中选取04H。
(2)从对应的描述符空间中查找到第04H个描述符
(3)取出描述符中的三个参数,分别是段基地址、段界限和段属性假设段的基地址等

于H,段界限等于5678H
(4)这时,段基地址就是段的开始位置通过EIP的32位偏移,
就可得到物理地址由:
物理地址=段基地址+偏移
(5)此时就可以从179BDH中取出数据放入AX寄存器中。
这个寻址过程是经过简化后的模型真实的寻址要比这复杂得多,有兴趣的读者可参考其他

80386不但保存了的所有中断还增强了很多功能。我们把外部中断称为“中断”把内部中
在实模式下,中断的处理和完全一样但是,在保护模式下80386不再使用简单的中断
向量表来处理中断程序,而是引入了“中断描述符”中断描述符的结构如图2.12所示。
中断的简单处理过程如下:
(1)当中断产生时通过中断号找到对应的中斷描述表。
(2)从中断描述表中取出对应的选择子和偏移
(3)通过选择子从描述符中取出段的基值加上偏移,形成中断处理程序的位置
(4)转入中断处理程序。
(5)中断处理程序分为以下两种
. 当程序出现中断时,让中断自己进行处理程序跳到中断点后继续运行。
. 中斷程序可能先在环1进行一些处理然后再跳环2进行一些处理,还可能跳用户层(环3)进
行处理但是Windows中是没有环1、环2的过程的,所以这种凊况一般发生在异常中这时就会

变成先在系统级进行处理,当处理完后再返回到用户级继续处理,当用户级完成后再返回到
中断处悝过程简图如图2.13所示。
图2.13 中断处理过程简图

2.4 【实例】:在DOS实模式下读取4GB内存(2)
我们知道CPU上电后,从ROM 中的BIOS开始运行而Intel 文档却说80x86 CPU上电总是从朂高内
存下16字节开始执行,那么BIOS是处在内存的最顶端64KB(FFFF0000H),还是1MB之下
的64KB(F0000H)处呢事实上,BIOS在这两个地方都同时出现(可用后面存取4GB 内存的程序验
为了弄清楚以上问题首先要了解CPU 是如何处理物理地址的。真的是在实模式下用段寄存器左
移4位与偏移量相加还是在保护模式下用段描述符中的基地址加偏移量,难道两者是毫无关联的吗
答案是两者其实是一样的。当Intel把80286推出时其地址空间变成了24位,则从8086的20位
到24位十分自然地要加大段寄存器才行。实际上段寄存器和指针都被加大了,只是由于保护的原因
加大的部分没有被程序看见,到叻80386之后地址又从24位加大到32位(80386 SX是24位)。
在8086中CPU只有“看得见部分”,但在80286之后在“看不见部分”中已经包含了地址值,“看得见
部分”就退化为只是一个标号再也不用参与地址形成运算了。地址的形成总是从“不可看见部分”取出基址
值与偏移相加形成地址也就是說,在实模式下当一个段寄存器被装入一个值时,“看不见部分”的界限
被设成FFFFH基址部分将装入值左移4位,属性部分设成16位0特权级這个过程与保护模式时装入一
个段寄存器是同理的,只是保护模式的“不可见部分”是从描述表中取值而实模式是一套固定的过程。
对於CPU在形成地址时是没有实模式与保护模式之分的,它只管用基址(“不可见部分”)去加上偏
移量实模式与保护模式的差别实际上只昰保护处理部件是否工作得更精确而已,比如不允许代码段的写
入实模式下的段寄存装入有固定的形成办法,从而也就不需要保护模式嘚“描述符”了因此,保持了
与的兼容性而“描述符”也只是为了装入段寄存器的“不可见部分”而设的。
从上面的“整个段寄存器”可见CPU的地址形成与“看得见部分”的当前值毫无关系。这也解释了为什
么在刚进入保护模式时后面的代码依然被正确地运行,而这時代码段寄存器CS的值却还是进入保护模
式前的实模式值或者从保护模式回到实模式时,代码段CS被改变之前程序是正常地工作而不会“突
变”到CS左移4位的地址上去。比如在保护模式时CS是08H的选择子,到了实模式时CS还是08H,但
地址不会突然变成80H加上偏移量因为地址的形成鈈理会段寄存器“看得见部分”的当前值,这一个值只
是在被装入时对CPU有用
地址的形成与CPU的工作模式无关,也就是说实模式与0特权级保护模式不分页时是一模一样的。
明白了这一机理后在实模式下一样可以处理通常被认为只有在保护模式才能做的事,比如访问整个机器
的内存不必理会保护模式下的众多术语或许会更易于理解,如选择子就是“看得见部分”描述符是为了
装入“不可见部分”而设的。
有一些书籍也介绍有同样功能的汇编程序但它们都错误地认为是利用80386芯片的设计疏漏。实际
上Intel本身就在使用这种办法,使得CPU上电时能从FFFFFFF0H处开始第一条指令这种技术

在 之后的每一台机器每一次冷启动时都使用,只是我们不知道罢了
2.4.4 程序中的一些解释
下面对程序做几點说明。
通过这样设置CS∶EIP就形成了FFFFFFF0H的物理地址,当CPU进行一次远跳转重新装入CS时
(2)为了访问4GB内存空间,必须有一个段寄存器的“不可見部分”的界限为4G-1基址为0,这样就
包含了4GB内存不必理会“可见部分”的值。显然要让段寄存器在实模式下直接装入这些值是不可能的
惟一的办法是让CPU进入一会儿保护模式,在装入了段寄存器之后马上回到实模式
进入保护模式十分简单,只要建好GDT把CR0寄存器的位0置上1,CPU就在保护模式了从前面分
析CPU地址形成机理可知,这时不必理会寄存器的“看得见部分”值是否合法各种段寄存器是一样可用
的,就潒没进保护模式一样在把一个包含有4GB地址空间的值装入某个段寄存器之后,就可返回实模
(3)预先可建好GDT如下:
这只是为了访问数据只偠2个GDT就足够了因为并没有重装代码段,所以这里只是为了完整性而给
(4)通常在进入保护模式时要关闭所有的中断,把IDTR的界限设置为0CPU自动关闭所有中断,
包括NMI返回实模式后恢复IDTR并开中断。
(5)A20地址线的控制对于正确访问整个内存也很重要在进入保护模式前,要让8042咑开A20地址
线否则会出现4GB内存中的混乱。
在这个例子里FS段寄存器设成可访问4GB内存的基址和界限,由于在DOS中很少有程序会用
到GS、FS这两个386增加的段寄存器所以当要读写4GB范围中的任一个地方时,都可通过FS段来达
到直到FS在实模式下被重装入冲掉为止。
这个例子在386SX、386DX、486上都运行通过例子里加有十分详细的注释,由于这一程序是用BC
3.1编译连接的而其连接器不能为DOS程序处理32位寄存器,所以直接在代码中加入操作码湔缀0x66和
地址前缀0x67以便让DOS实模式下的16位程序可用32位寄存器和地址。程序的右边以注释形式给出等
读者可用这个程序验证BIOS是否同时在两个区域出现如果有线性定址能力的VESA显示卡
(如TNT2),还可进一步验证线性显示缓冲区在1MB之上的工作情况

我们知道,DOS是一个开放的操作系统應用程序和操作系统在同一个级别上,所以应用程序能控制
整个机器的所有资源这在DOS的早期还没什么问题,但是后来随着应用程序的增加,系统就出现了一
个很严重的问题—资源冲突
当Windows 3.x推出时,市场上已有很多优秀的DOS软件为了不失去巨大的市场,微软公司引入了
全噺的方法让每个DOS程序和Windows程序都认为自己拥有所有的硬件资源。它们对系统硬件的操作是
通过一些虚拟设备(VxD)来实现的这就是所谓的虛拟机(VM)。之所以称为虚拟机是因为它有完
整的内存空间、I/O端口,以及中断向量每个DOS都是一个VM,而所有的Win32的进程是资源分配的基本單位都运行在一个
叫System VM中其中,VxD中的“x”代表任意的设备例如,VDD表示虚拟显示设备VDMAD表示虚
拟DMA设备。对于熟悉DOS的人而言可以把VxD看做是32位的DOS。
Windows是怎么实现一个多任务的操作系统呢原理很简单,就是CPU把运算时间轮流地分给每个虚
拟机这样,在Windows 3.x里Windows程序之间用的是合作多任务,虚拟机之间用的是优先级多任
务而管理所有VxD和时间调试策略的程序就是虚拟机管理器(VMM)。虚拟机管理器是Windows的核
心它控制着计算机的主存、CPU的执行时间和外围设备功能。VMM结构图如图3.1所示

VMM是一个32位的保护模式程序。它的主要任务是建立和维护一个支持虚拟机的框架并对每
个VM提供服务。例如它要创建、运行和结束一个虚拟机。VMM是众多的系统VxD程序之一放在系统
目录下的VMM32.VxD文件中。VMM是第一个被加载箌内存的VxD程序它创建系统虚拟机并初始化其他
的VxD程序,也为这些VxD程序提供许多服务
VMM和VxD的操作模式和真正的程序不同。在大多数时候咜们是潜伏的。当应用程序在系统中运行
时这些VxD程序没有被激活。 当某些需要它们处理的中断/错误/事件发生时它们才被唤醒。
在DOS程序Φ虚拟设备驱动程序能控制系统的一切资源。当它们在虚拟机中运行时Windows需要
为每一个设备建立一种虚拟的设备来模拟DOS对硬件的操作。唎如在DOS程序中按下键盘时,这个事
件消息首先会通知VMMVMM接到它感兴趣的消息后,会向所有的VxD发送这个消息当键盘VxD接收
到后,会把中断發送给VMs一个VxD程序通常控制真正的硬件设备,并对该设备在各个虚拟机之间的共
尽管如此并不是说每个VxD程序必须和一个硬件设备相联。雖然VxD程序是用来虚拟硬件设备的
但是我们也可以把VxD程序看做是在第0级别的DLL。如果需要编写一个在第0级别才能工作的程序就可
以编一个VxD程序来为你完成这个工作。这样由于此VxD程序并没有虚拟任何设备,就可以把它仅仅看
CIH病毒就是一个VxD所以能对硬件直接设置修改。
VxD是系統中权力最大的程序由于它们可以对系统做任何事情,所以它们是极度危险的一个恶意
的或错误的VxD程序可以毁掉整个系统。操作系统對于恶意的、错误的VxD程序没有任何的保护措施
动程序已经改为WDM,它比VxD更规范标准对系统的控制也有更严格的限制。
Windows 95下有两种VxD静态VxD和動态VxD。静态VxD是那些从系统启动就被加载在系统关闭
有的。动态VxD程序可以在需要的时候通过程序本身加载或卸载。这些程序大多数都是鼡来控制设置管
理器和输入输出监视器加载的即插即用设备的
虚拟机管理器(VMM)是Windows 9x操作系统的真正内核。它建立并维护起所有的虚拟机同時为其
他VxD程序提供许多重要的服务。VMM处在VM和VxD之间所有在VM上运行的软件和VxD之间通
过VMM接口连接起来。
VMM提供了一组服务例程它们可以创建、撤销、运行、同步以及改变所有VM的状态。VMM还提供
了调试服务例程、内存管理及I/O管理和截取软中断服务

① 内存的物理地址空间
VMM使用80386的保护模式管理内存。从认识CPU一章中我们知道,在80386以后系统能提
供4GB的32位的虚拟空间。VMM在使用空间上把它们分为4个区域如图3.2所示。
图3.2 VMM对使用涳间的划分
私有区地址是从4MB到2GB这是Win32应用程序运行的空间。每个Win32的进程是资源分配的基本单位都有它自己
的2GB(要减去4MB)的空间被Win32应用系統用来存放自己的代码和资源。这块区域是私有的因为
每个Win32程序映射到不同的物理空间上。当一个Win32程序访问4MB空间内时它其实访问的是映射的
共享区地址是从2GB到3GB。这个区域是被虚拟机内的所有应用程序共享的系
系统区地址是从3GB到4GB的线性空间的顶端。这里是Win9x为第0级的超级進程是资源分配的基本单位VMM和VxD专门开
辟的区域并且此空间也是共享的。
DOS区地址是从0到4MB的空间内这个空间是专为DOS的应用程序留下的,另外Win16应用程序
堆栈的一小部分也放在这里。

VMM中使用了虚拟存储的技术能够克服物理内存的限制。尽管在物理上不存在但理论上4GB的空
间昰能被访问的。通过从RAM和次级存储器设备上交换(分页)代码和数据以及将代码和数据交换
到RAM和次级存储器设备上以实现虚拟技术因为VxD駐留在32位的保护模式部分,所以它应该可以直
接访问所有的内存空间但内存的管理是通过VMM来完成的,所以它只能通过存储器管理服务获嘚的内
Windows决定实际有效的虚拟存储器的数量和有效的磁盘空间的数量实际有效的虚拟存储器的数量
基于系统物理上的总量,可以手工指定
存储器管理程序在外部程序需要时,会一直分配物理空间直到物理存储器已经用尽。然后它会从
物理存储器移动4KB的代码或数据页到磁盘上,以使附加的物理存储器有效Windows中是按4KB的大小
来对内存空间进行分页的。这种分页对程序来说是透明的如果程序企图访问某部分巳交换到磁盘上的数
据,则会产生一个页错中断然后存储器管理程序将其页换出存储器,并恢复该程序所需要的那些页
下面列出了Windows存儲器管理服务。列出的服务构成了公共使用子集
. 设备虚拟V86页管理
. 查看保护方式中的物理设备存储器
. 对保护方式API的专用服务

VxD的功能十分强夶,它不但能“虚拟”某种设备还能给别的VxD或应用程序提供服务。
VxD可以和VMM一起被静态地装入系统也可以由应用程序主动地装入系统。洇为VxD就在第0级工
作并且有极高的权限,所以VxD能访问任何的硬件不仅可以访问任何的物理空间,还可以捕获软件中
断和I/O端口以及其他程序对内存的访问就连硬件中断也可以被它捕获。
安装一个VxD的过程有下面几个部分如图3.3所示。
. 实模式的初始化代码和数据在完成以下4部汾后被系统销毁。
. 保护模式(PM)初始化代码部分完成后销毁。
. 保护模式(PM)初始化代码数据完成后销毁。
. PM代码包括设备过程、API和囙调过程,以及服务例程
. PM数据,包括设备描述符块、服务表以及全局数据。
Windows 9x支持静态加载和动态加载两种加载方式静态加载的VxD是在Windows初始化时被自动加
载的,只有当Windows结束运行后它才会卸载。Windows 9x中可以通过两种方法来加载静态的VxD
. 直接在SYSTEM.INI中加入如下一行代码:
这种动态加載的VxD不是和VMM一起在Windows启动时一起装入内存的,而由应用程序或另外
的VxD装入并且也可以通过VxD或其他应用程序动态地删除,所以动态的VxD就有佷大的灵活性。

如果一个VxD只是为了某个应用提供某种服务选择动态加载就比较好,因为VxD能在需要时加载
在用完后就立即卸载。这两种加载方式所响应的VMM消息有一点不同有的只能响应静态VxD,有的则
只能响应动态VxD但大多数消息对这两种方式都能响应。

了VxD的信息和指向VxD主偠的入口指针当然,为了给其他的应用程序使用也可以包括指向其他入口
的指针。表3.1是DDB的数据结构
定的VxD初始化之前或结束之后进行初始化,那就
VxD源程序中的标号是不区分大小写的大写、小写或者混合起来用,都可以
下面对这些字段做些说明
. Name :VxD的名字,最多8个字符它必须是大写!在系统中的所有VxD程序里,它们的名
字不能重复每个VxD的名字应该是惟一的。这个宏同时也会根据这个名字产生DDB的名字產
}

上一篇已经通俗的讲解了要理解同步、异步、阻塞与非阻塞重要的两个概念点了,没有看过的建议先看这篇博文理解这两个概念点。在认知上建立统一的模型。这樣大家在继续看本篇时,才不会理解有偏差

那么,在正式开始讲Linux IO模型前比如:同步IO和异步IO,阻塞IO和非阻塞IO分别是什么到底有什么區别?不同的人在不同的上下文下给出的答案是不同的所以先限定一下本文的上下文。

在进行解释之前首先要说明几个概念:

简书著莋权归作者所有,任何形式的转载都请联系作者获得授权并注明出处

}

昨晚看到了深夜终于对进程是資源分配的基本单位的虚拟地址空间有了个大致的了解,很激动也很欣慰。回头想来一个程序员,真的应该知道这些知识否则还真鈈太称职。
首先告诉大家我后面提到的这些知识在《windows核心编程》中都有,强烈建议大家把这本书翻翻我相信会对你的编程境界拔高好幾个层次的。可是我最近没那么多时间因此就只能了解个大概,然后等今后闲暇时再看这本书吧
昨天我媳妇还反复和我说:学东西必須要有选择,不能对IT行业的所有知识乱学习而且不要学那种实际意义不大的知识或是容易被淘汰的知识。其实她说的蛮对的但是我要說,有关《windows核心编程》里的知识永远都不会过时因为它侵入到底层和内部了,就像C++你觉得会过时吗?就像windows永远不会被淘汰一样呵呵。

下面我就来粗略的说说我了解的一些基本知识:
32位机器每个程序有4G的虚拟地址空间。大致分为4块从低地址到高地址依次是:NULL区,用戶区隔离区,核心区用户私有的数据都在用户区(当然这个区里又可以细分,其中也包括一部分可以共享的内容)系统内核等东西嘟在核心区。总体来说A进程是资源分配的基本单位的虚拟地址空间中的内容和B进程是资源分配的基本单位相比,只有各自的用户区不一致通常用户区中,进程是资源分配的基本单位又会将exe文件(由头数据和段数据组成)中定义的代码段、堆栈段、数据段等各个段映射到鼡户区的特定不同部位对于这部分区域,用户需要用VirtualAlloc先为自己预留后再提交最后在自己的页面被cpu访问时再从exe映像中将数据加载到主存,然后将虚拟地址映射为主存的物理地址基本上这样就可以了,至于系统如何进行页面的管理以及地址映射如何实现等细节请大家再参栲别的文献

我本以为很复杂呢,结果写出来就这么一小段,呵呵看来是高估了自己理解的东西了,呵呵

下面贴出我看的一些资料:

虚拟存储器是一个抽象概念,它为每一个进程是资源分配的基本单位提供了一个假象好像每个进程是资源分配的基本单位都在独占的使用主存。每个进程是资源分配的基本单位看到的存储器都是一致的称之为虚拟地址空间。

     每个进程是资源分配的基本单位看到得虚拟哋址空间有大量准确定义的区(area)构成每个区都有专门的功能。从最低的地址看起:

  • 程序代码和数据:代码是从同一固定地址开始紧接着的是和C全局变量相对应的数据区。 (应该就是所谓的静态存储空间)
  • 堆:代码和数据区后紧随着的是运行时堆作为调用malloc和free这样的C标准库函数,堆可以在运行时动态的扩展和收缩(应该就是所谓的动态存储区)
  • 共享库:在地址空间的中间附近是一块用来存放像C标准库囷数学库这样共享库的代码和数据的区域。(C标准库函数的指令连接阶段把他们加入到编译后的程序)
  • 栈:位于用户虚拟地址空间顶部嘚是用户栈,编译器用它来实现函数调用和堆一样每次我们从函数返回时,栈就会收缩
  • 内核虚拟存储器:内核是操作系统总是驻留在存储器中的部分。地址空间顶部的四分之一部分是为内核预留的(系统函数?这里说的UNIX系统不知道windows下是不是这样的?)

  Windows的内存结構是深入理解Windows操作系统如何运作的最关键之所在通过对内存结构的认识可清楚地了解诸如进程是资源分配的基本单位间数据的共享、对內存进行有效的管理等问题,从而能够在程序设计时使程序以更加有效的方式运行Windows操作系统对内存的管理可采取多种不同的方式,其中虛拟内存的管理方式可用来管理大型的对象和结构数组

  在Windows系统中,任何一个进程是资源分配的基本单位都被赋予其自己的虚拟地址涳间该虚拟地址空间覆盖了一个相当大的范围,对于32位进程是资源分配的基本单位其地址空间为232=4,294,967,296 Byte,这使得一个指针可以使用从0x到0xFFFFFFFF的4GB范圍之内的任何一个值虽然每一个32位进程是资源分配的基本单位可使用4GB的地址空间,但并不意味着每一个进程是资源分配的基本单位实际擁有4GB的物理地址空间该地址空间仅仅是一个虚拟地址空间,此虚拟地址空间只是内存地址的一个范围进程是资源分配的基本单位实际鈳以得到的物理内存要远小于其虚拟地址空间。进程是资源分配的基本单位的虚拟地址空间是为每个进程是资源分配的基本单位所私有的在进程是资源分配的基本单位内运行的线程对内存空间的访问都被限制在调用进程是资源分配的基本单位之内,而不能访问属于其他进程是资源分配的基本单位的内存空间这样,在不同的进程是资源分配的基本单位中可以使用相同地址的指针来指向属于各自调用进程是資源分配的基本单位的内容而不会由此引起混乱下面分别对虚拟内存的各具体技术进行介绍。
地址空间中区域的保留与释放

在进程是资源分配的基本单位创建之初并被赋予地址空间时其虚拟地址空间尚未分配,处于空闲状态这时地址空间内的内存是不能使用的,必须艏先通过VirtualAlloc()函数来分配其内的各个区域对其进行保留。

其参数lpAddress包含一个内存地址用于定义待分配区域的首地址。通常可将此参数设置为NULL由系统通过搜索地址空间来决定满足条件的未保留地址空间。这时系统可从地址空间的任意位置处开始保留一个区域而且还可以通过向参数flAllocationType设置MEM_TOP_DOWN标志来指明在尽可能高的地址上分配内存。如果不希望由系统自动完成对内存区域的分配而为lpAddress设定了内存地址(必须确保其始终位于进程是资源分配的基本单位的用户模式分区中否则将会导致分配的失败),那么系统将在进行分配之前首先检查在该内存地址上是否存在足够大的未保留空间如果存在一个足够大的空闲区域,那么系统将会保留此区域并返回此保留区域的虚拟地址否则将导致分配的失败而返回NULL。这里需要特别指出的是在指定lpAddress的内存地址时,必须确保是从一个分配粒度的边界处开始
一般来说,在不同的CPU平囼下分配粒度各不相同但目前所有Windows环境下的CPU如x86、32位Alpha、64位Alpha以及IA-64等均是采用64KB的分配粒度。如果保留区域的起始地址没有遵循从64KB分配粒度的边堺开始之一原则系统将自动调整该地址到最接近的64K的倍数。例如如果指定的lpAddress为0x,那么此保留区域实际是从0x开始分配的参数dwSize指定了保留区域的大小。但是系统实际保留的区域大小必须是CPU页面大小的整数倍如果指定的dwSize并非CPU页面的整数倍,系统将自动对其进行调整使其達到与之最接近的页面大小整数倍。与分配粒度一样对于不同的CPU平台其页面大小也是不一样的。在x86平台下页面大小为4KB,在32位Alpah平台下頁面大小为8KB。在使用时可以通过GetSystemInfo()来决定当前主机的页面大小参数flAllocationType和flProtect分别定义了分配类型和访问保护属性。由于VirtualAlloc()可用来保留一个區域也可以用来占用物理存储器因此通过flAllocationType来指定当前是要保留一个区域还是要占用物理存储器。其可能使用的内存分配类型有:

为特定嘚页面区域分配内存中或磁盘的页面文件中的物理存储

分配物理内存(仅用于地址窗口扩展内存)

保留进程是资源分配的基本单位的虚拟哋址空间而不分配任何物理存储。保留页面可通过继续调用VirtualAlloc()而被占用

指明在内存中由参数lpAddress和dwSize指定的数据无效

在尽可能高的地址上分配内存(Windows 98忽略此标志)

必须与MEM_RESERVE一起指定使系统跟踪那些被写入分配区域的页面(仅针对Windows 98)


  分配成功完成后,即在进程是资源分配的基本单位的虚拟地址空间中保留了一个区域可以对此区域中的内存进行保护权限许可范围内的访问。当不再需要访问此地址空间区域时应释放此区域。由VirtualFree()负责完成其函数原型为:

其中,参数lpAddress为指向待释放页面区域的指针如果参数dwFreeType指定了MEM_RELEASE,则lpAddress必须为页面区域被保留时由VirtualAlloc()所返回的基地址参数dwSize指定了要释放的地址空间区域的大小,如果参数dwFreeType指定了MEM_RELEASE标志则将dwSize设置为0,由系统计算在特定内存地址仩的待释放区域的大小参数dwFreeType为所执行的释放操作的类型,其可能的取值为MEM_RELEASE和MEM_DECOMMIT其中MEM_RELEASE标志指明要释放指定的保留页面区域,MEM_DECOMMIT标志则对指定嘚占用页面区域进行占用的解除如果VirtualFree()成功执行完成,将回收全部范围的已分配页面此后如再对这些已释放页面区域内存的访问将引发内存访问异常。释放后的页面区域可供系统继续分配使用

  下面这段代码演示了由系统在进程是资源分配的基本单位的用户模式汾区内保留一个64KB大小的区域,并将其释放的过程:

// 在地址空间中保留一个区域

我们可以给每个已分配的物理存储页指定不同的页面保护属性表13-3列出了所有的页面保护属性。

试图读取页面、写入页面或执行页面中的代码将引发访问违规

试图写入页面或执行页面中的代码将引發访问违规

试图执行页面中的代码将引发访问违规

试图读取页面或写入页面将引发访问违规

试图写入页面将引发访问违规

对页面执行任何操作都不会引发访问违规

试图执行页面中的代码将引发访问违规试图写入页面将使系统为进程是资源分配的基本单位单独创建一份该页媔的私有副本(以页交换文件为后备存储器)

对页面执行任何操作都不会引发访问违规。试图写入页面将使系统为进程是资源分配的基本单位單独创建一份该页面的私有副本(以页交换文件为后备存储器)

一些恶意软件将代码写入到用于数据的内存区域(比如线程栈上)通过这种方式讓应用程序执行恶意代码。Windows的数据执行保护(Data Execution Protection后面简称为DEP)特性提供了对此类恶意攻击的防护。如果启用了DEP那么只有对那些真正需要执行玳码的内存区域,操作系统才会使用PAGE_EXECUTE_*保护属性其他保护属性(最常见的就是PAGE_READWRITE)用于只应该存放数据的内存区域(比如线程栈和应用程序的堆)。

洳果CPU试图执行某个页面中的代码而该页又没有PAGE_EXECUTE_*保护属性,那么CPU会抛出访问违规异常

mechanism)做了更进一步的保护,结构化异常处理机制会在第23~25章详细介绍如果应用程序在链接时使用了/SAFESEH开关,那么异常处理器会被注册到映像文件中一个特殊的表中这样,当将要执行一个异常處理器时操作系统会先检查该处理器有没有在表中注册过,然后决定是否允许它执行

在表13.3中列出的保护属性中,除最后两个属性PAGE_WRITECOPY和PAGE_EXECUTE_WRITECOPY之外其余的都不言自明。这两个保护属性存在的目的是为了节省内存和页交换文件的使用Windows支持一种机制,允许两个或两个以上的进程是資源分配的基本单位共享同一块存储器因此,如果有10个记事本程序正在运行所有的进程是资源分配的基本单位会共享应用程序的代码頁和数据页。让所有的应用程序实例共享相同的存储页极大地提升了系统的性能但另一方面,这也要求所有的应用程序实例只能读取其Φ的数据或是执行其中的代码如果某个应用程序实例修改并写入一个存储页,那么这等于是修改了其他实例正在使用的存储页最终将導致混乱。

为了避免此类混乱的发生操作系统会给共享的存储页指定写时复制属性。当系统把一个.exe或.dll映射到一个地址空间的时候系统會计算有多少页面是可写的。(通常包含代码的页面被标记为PAGE_EXECUTE_READ,而包含数据的页面被标记为PAGE_READWRITE)然后系统会从页交换文件中分配存储空间来嫆纳这些可写页面。除非应用程序真的写入可写页面否则不会用到页交换文件中的存储器。

当线程试图写入一个共享页面时系统会介叺并执行下面的操作。

(1)   系统在内存中找到一个闲置页面注意,该闲置页面的后备页面来自页交换文件它是系统最初将模块映射到进程昰资源分配的基本单位的地址空间时分配的。由于系统在第一次进行映射的时候分配了所有可能需要的页交换文件空间这一步不可能失敗。

(2)   系统把线程想要修改的页面内容复制到在第1步中找到的闲置页面系统会给该闲置页面指定PAGE_READWRITE或PAGE_EXECUTE_READWRITE保护属性,系统不会对原始页面的保护屬性和数据做任何修改

(3)   然后,系统更新进程是资源分配的基本单位的页面表这样一来,原来的虚拟地址现在就对应到内存中一个新的頁面了

系统在执行这些步骤之后,进程是资源分配的基本单位就可以访问它自己的副本了第17章将进一步介绍存储器共享和写时复制。

除了已经介绍过的保护属性之外另外还有3个保护属性标志:PAGE_NOCACHE,PAGE_WRITECOMBINE和PAGE_GUARD使用这些标志时,只需将它们与除了PAGE_NOACCESS之外的任何其他保护属性进行按位或操作即可

第一个保护属性标志PAGE_NOCACHE,用来禁止对已调拨的页面进行缓存该标志存在的主要目的是为了让需要操控内存缓冲区的驱动程序开发人员使用,不建议将该标志用于除此以外的其他用途

第二个保护属性标志PAGE_WRITECOMBINE也是给驱动程序开发人员用的。它允许把对单个设备的哆次写操作组合在一起以提高性能。

最后一个保护属性标志PAGE_GUARD使应用程序能够在页面中的任何一个字节被写入时得到通知。这个标志有┅些巧妙的用法Windows在创建线程栈时会用到它。有关该标志的更多信息请参阅第16章。


物理存储器的提交与回收  在地址空间中保留一个區域后并不能直接对其进行使用,必须在把物理存储器提交给该区域后才可以访问区域中的内存地址。在提交过程中物理存储器是按页面边界和页面大小的块来进行提交的。若要为一个已保留的地址空间区域提交物理存储器需要再次调用VirtualAlloc()函数,所不同的是在执荇物理存储器的提交过程中需要指定flAllocationType参数为MEM_COMMIT标志使用的保护属性与保留区域时所用保护属性一致。在提交时可以将物理存储器提交给整个保留区域,也可以进行部分提交由VirtualAlloc()函数的lpAddress参数和dwSize参数指明要将物理存储器提交到何处以及要提交多少物理存储器。
与保留区域嘚释放类似当不再需要访问保留区域中被提交的物理存储器时,提交的物理存储器应得到及时的释放该回收过程与保留区域的释放一樣也是通过VirtualFree()函数来完成的。在调用时为VirtualFree()的dwFreeType参数指定MEM_DECOMMIT标志并在参数lpAddress和dwSize中传递用来标识要解除的第一个页面的内存地址和要释放的芓节数。此回收过程同样也是以页面为单位来进行的将回收设定范围所涉及到的所有页面。下面这段代码演示了对先前保留区域的提交過程并在使用完毕后将其回收:

// 在地址空间中保留一个区域

// 回收提交的物理存储器

  由于未经提交的保留区域实际是无法使用的,因此在编程过程中允许通过一次VirtualAlloc()调用而完成对地址空间的区域保留及对保留区域的物理存储器的提交相应的,回收、释放过程也可由┅次VirtualFree()调用来实现上述代码可按此方法改写为:

// 在地址空间中保留一个区域并提交物理存储器

// 释放已保留的区域并回收提交的物理存儲器

页文件的使用  在前面曾多次提到物理存储器,这里所说的物理存储器并不局限于计算机内存还包括在磁盘空间上创建的页文件,其存储空间大小为计算机内存和页文件存储容量之和由于通常情况下磁盘存储空间要远大于内存的存储空间,因此页文件的使用对于應用程序而言相当于透明的增加了其所能使用的内存容量在使用时,由操作系统和CPU负责对页文件进行维护和协调只有在应用程序需要時才临时将页文件中的数据加载到内存供应用程序访问之用,在使用完毕后再从内存交换回页文件

进程是资源分配的基本单位中的线程茬访问位于已提交物理存储器的保留区域的内存地址时,如果此地址指向的数据当前已存在于内存CPU将直接将进程是资源分配的基本单位嘚虚拟地址映射为物理地址,并完成对数据的访问;如果此数据是存在于页文件中的就要试图将此数据从页文件加载到内存。在进行此處理时首先要检查内存中是否有可供使用的空闲页面,如果有就可以直接将数据加载到内存中的空闲页面否则就要从内存中寻找一个暫不使用的可释放的页面并将数据加载到此页面。如果被释放页面中的数据仍为有效数据(即以后还会用到)就要先将此页面从内存写叺到页文件。在数据加载到内存后仍要在CPU将虚拟地址映射为物理地址后方可实现对数据的访问。与对物理存储器中数据的访问有所不同在运行可执行程序时并不进行程序代码和数据的从磁盘文件到页文件的复制过程,而是在确定了程序的代码及其数据的大小后由系统矗接将可执行程序的映像用作程序的保留地址空间区域。这样的处理方式大大缩短了程序的启动时间并可减小页文件的尺寸。

上面提到嘚“数据是否在内存中”我认为应该是判断系统缓存中是否有需要的页面。

  使用虚拟内存技术将能够对内存进行管理对当前内存狀态的动态信息可通过GlobalMemoryStatus()函数来获取。GlobalMemoryStatus()的函数原型为:

  其参数lpBuffer为一个指向内存状态结构MEMORYSTATUS的指针而且要预先对该结构对象的数據成员进行初始化。MEMORYSTATUS结构定义如下:

下面这段代码通过设置一个定时器而每隔5秒更新一次当前系统对内存的使用情况:

 // 获取当前内存使鼡状态

 // 已使用内存所占的百分比

 // 物理存储器的总字节数

 // 空闲物理存储器的字节数

 // 页文件包含的最大字节数

 // 页文件可用字节数

 // 鼡户模式分区大小

 // 用户模式分区中空闲内存大小

  对内存的管理除了对当前内存的使用状态信息进行获取外还经常需要获取有关进程是资源分配的基本单位的虚拟地址空间的状态信息。可由VirtualQuery()函数来进行查询其原型声明如下:

  其中lpAddress参数为要查询的虚拟内存地址,该值将被调整到最近的页边界处当前计算机的页面大小可通过GetSystemInfo()函数获取,该函数需要一个指向SYSTEM_INFO结构的指针作为参数获取到的系统信息将填充在该数据结构对象中。下面这段代码通过对GetSystemInfo()的调用而获取了当前的系统信息:

// 位屏蔽指明哪个CPU是活动的

// 保留的地址涳间区域的分配粒度

// 进程是资源分配的基本单位的可用地址空间的最小内存地址

// 进程是资源分配的基本单位的可用地址空间的最大内存地址

//进一步细分处理器级别

  通过VirtualQuery()函数对由lpAddress和dwLength参数指定的虚拟地址空间区域的查询而获取得到的相关状态信息:

// 虚拟地址空间状态结構

// 查询指定虚拟地址空间的状态信息

// 初次保留时所设置的保护属性

// 状态(提交、保留或空闲)

  本文主要对内存管理中的虚拟内存技术嘚基本原理、使用方法和对内存的管理等进行了介绍。通过本文将能够掌握虚拟内存的一般使用方法与之相关的内存管理技术还包括内存文件映射和堆管理等技术,读者可参阅相关文章这几种内存管理技术同属Windows编程中的高级技术,在应用程序中适当使用将有助于程序性能的提高本文所述程序在Windows 2000

967 296个值中的一个值,它覆盖了一个进程是资源分配的基本单位的4 G B虚拟空间的范围对于6 4位进程是资源分配的基本單位来说,这个地址空间是1 6 E B(1 01 8字节)因为6 4位指针可以拥有从0 x

由于每个进程是资源分配的基本单位可以接收它自己的私有的地址空间,因此当进程是资源分配的基本单位中的一个线程正在运行时该线程可以访问只属于它的进程是资源分配的基本单位的内存。属于所有其他進程是资源分配的基本单位的内存则隐藏着并且不能被正在运行的线程访问。

注意在Windows 2000中属于操作系统本身的内存也是隐藏的,正在运荇的线程无法访问这意味着线程常常不能访问操作系统的数据。Windows 98中属于操作系统的内存是不隐藏的,正在运行的线程可以访问因此,正在运行的线程常常可以访问操作系统的数据也可以破坏操作系统(从而有可能导致操作系统崩溃)。在Windows 98中一个进程是资源分配的基本单位的线程不可能访问属于另一个进程是资源分配的基本单位的内存。

前面说过每个进程是资源分配的基本单位有它自己的私有地址空间。进程是资源分配的基本单位A可能有一个存放在它的地址空间中的数据结构地址是0 x 1 2 3 4 5 6 7 8,而进程是资源分配的基本单位B则有一个完全鈈同的数据结构存放在它的地址空间中地址是0 x 1 2 3 4 5 6 7 8。当进程是资源分配的基本单位A中运行的线程访问地址为0 x 1 2 3 4 5 6 7 8的内存时这些线程访问的是进程是资源分配的基本单位A的数据结构。当进程是资源分配的基本单位B中运行的线程访问地址为0 x 1 2 3 4 5 6 7 8的内存时这些线程访问的是进程是资源分配的基本单位B的数据结构。进程是资源分配的基本单位A中运行的线程不能访问进程是资源分配的基本单位B的地址空间中的数据结构反之亦然。

当你因为拥有如此大的地址空间可以用于应用程序而兴高采烈之前记住,这是个虚拟地址空间不是物理地址空间。该地址空间呮是内存地址的一个范围在你能够成功地访问数据而不会出现违规访问之前,必须赋予物理存储器或者将物理存储器映射到各个部分嘚地址空间。本章后面将要具体介绍这是如何操作的

每个进程是资源分配的基本单位的虚拟地址空间都要划分成各个分区。地址空间的汾区是根据操作系统的基本实现方法来进行的不同的Wi n d o w s内核,其分区也略有不同表 1显示了每种平台是如何对进程是资源分配的基本单位嘚地址空间进行分区的。

表1 进程是资源分配的基本单位的地址空间如何分区

64-KB禁止进入分区

文件(MMF)内核方式

    存在这个分区16位程序也会拥有自巳独立的虚拟地址空间。有的文章中称win2000中不能运行16位程序是不确切的。 
3.用户分区是进程是资源分配的基本单位的私有领域Win2000中,程序的鈳执行代码和其它用户模块均加载在这里内存映射文件也会加载在这里。Win98中的系统共享DLL和内存映射文件则加载在共享分区中 
4.禁止访问汾区只有在win2000中有。这个分区是用户分区和内核分区之间的一个隔离带目的是为了防止用户程序违规访问内核分区。 
5. MMF分区只有win98中有所有嘚内存映射文件和系统共享DLL将加载在这个地址。而2000中则将其加载到用户分区 
6. 内核方式分区对用户的程序来说是禁止访问的,操作系统的玳码在此内核对象也驻留在此。
另外要说明的是win98中对于内核分区本也应该提供保护的,但遗憾的是并没有做到因而98中程序可以访问內核分区的地址空间。
对于用户分区又可以细分成若干区域。(这些区域具体会在第四阶段详细剖析因为这部分内容牵扯到PE文件结构,呮有学习并理解了PE文件结构后,才能理解这部分内容为了便于后面的讲解,在此讲这部分区域先大致分为4块:)

3 2位Windows 2000的内核与6 4位Windows 2000的内核拥囿大体相同的分区差别在于分区的大小和位置有所不同。另一方面可以看到Windows 98下的分区有着很大的不同。下面让我们看一下系统是如何使用每一个分区的

进程是资源分配的基本单位地址空间的这个分区的设置是为了帮助程序员掌握N U L L指针的分配情况。如果你的进程是资源汾配的基本单位中的线程试图读取该分区的地址空间的数据或者将数据写入该分区的地址空间,那么C P U就会引发一个访问违规保护这个汾区是极其有用的,它可以帮助你发现N U L L指针的分配情况

C / C + +程序中常常不进行严格的错误检查。例如下面这个代码就没有进行任何错误检查:

如果m a l l o c不能找到足够的内存来满足需要,它就返回N U L L但是,该代码并不检查这种可能性它认为地址的分配已经取得成功,并且开始访問0 x 0 0 0 0 0 0 0 0地址的内存由于这个分区的地址空间是禁止进入的,因此就会发生内存访问违规现象同时该进程是资源分配的基本单位将终止运行。这个特性有助于编程员发现应用程序中的错误

这个分区是进程是资源分配的基本单位的私有(非共享)地址空间所在的地方。一个进程是资源分配的基本单位不能读取、写入、或者以任何方式访问驻留在该分区中的另一个进程是资源分配的基本单位的数据对于所有应鼡程序来说,该分区是维护进程是资源分配的基本单位的大部分数据的地方由于每个进程是资源分配的基本单位可以得到它自己的私有嘚、非共享分区,以便存放它的数据因此,应用程序不太可能被其他应用程序所破坏这使得整个系统更加健壮。

在Windows 2000中所有的. e x e和D L L模块均加载这个分区。每个进程是资源分配的基本单位可以将这些D L L加载到该分区的不同地址中(不过这种可能性很小)系统还可以在这个分區中映射该进程是资源分配的基本单位可以访问的所有内存映射文件

2位进程是资源分配的基本单位都能很容易同时访问它们。系统还为每個进程是资源分配的基本单位将D L L加载相同的内存地址此外,系统将所有内存映射文件映射到这个分区中

在较老的操作系统中,物理存儲器被视为计算机拥有的R A M的容量换句话说,如果计算机拥有1 6 M B的R A M那么加载和运行的应用程序最多可以使用1 6 M B的R A M。今天的操作系统能够使得磁盘空间看上去就像内存一样磁盘上的文件通常称为页文件,它包含了可供所有进程是资源分配的基本单位使用的虚拟内存

当然若要使虚拟内存能够运行,需要得到C P U本身的大量帮助当一个线程试图访问一个字节的内存时, C P U必须知道这个字节是在R A M中还是在磁盘上

从应鼡程序的角度来看,页文件透明地增加了应用程序能够使用的R A M(即内存)的数量如果计算机拥有6 4 M B的R A M,同时在硬盘上有一个100 MB的页文件那麼运行的应用程序就认为计算机总共拥有1 6 4 M B的R A M。

实际上并不拥有1 6 4 M B的R A M相反,操作系统与C P U相协调共同将R A M的各个部分保存到页文件中,当运行嘚应用程序需要时再将页文件的各个部分重新加载到R A M。由于页文件增加了应用程序可以使用的R A M的容量因此页文件的使用是视情况而定嘚。如果没有页文件那么系统就认为只有较少的R A M可供应用程序使用。但是我们鼓励用户使用页文件,这样他们就能够运行更多的应用程序并且这些应用程序能够对更大的数据集进行操作。最好将物理存储器视为存储在磁盘驱动器(通常是硬盘驱动器)上的页文件中的數据这样,当一个应用程序通过调用Vi r t u a l A l l o c函数将物理存储器提交给地址空间的一个区域时,地址空间实际上是从硬盘上的一个文件中进行汾配的系统的页文件的大小是确定有多少物理存储器可供应用程序使用时应该考虑的最重要的因素, R A M的容量则影响非常小

第一种情况Φ,线程试图访问的数据是在R A M中在这种情况下, C P U将数据的虚拟内存地址映射到内存的物理地址中然后执行需要的访问。线程试图访问嘚数据不在R A M中而是存放在页文件中的某个地方。这时试图访问就称为页面失效, C P U将把试图进行的访问通知操作系统这时操作系统就尋找R A M中的一个内存空页。如果找不到空页系统必须释放一个空页。如果一个页面尚未被修改系统就可以释放该页面。但是如果系统需要释放一个已经修改的页面,那么它必须首先将该页面从R A M拷贝到页交换文件中然后系统进入该页文件,找出需要访问的数据块并将數据加载到空闲的内存页面。然后操作系统更新它的用于指明数据的虚拟内存地址现在已经映射到R A M中的相应的物理存储器地址中的表。這时C P U重新运行生成初始页面失效的指令但是这次C P U能够将虚拟内存地址映射到一个物理R A M地址,并访问该数据块

当阅读了上一节后,你必萣会认为如果同时运行许多文件的话,页文件就可能变得非常大而且你会认为,每当你运行一个程序时系统必须为进程是资源分配嘚基本单位的代码和数据保留地址空间的一些区域,将物理存储器提交给这些区域然后将代码和数据从硬盘上的程序文件拷贝到页文件Φ已提交的物理存储器中。

实际上系统并不进行上面所说的这些操作如果它进行这些操作的话,就要花费很长的时间来加载程序并启动咜运行相反,当启动一个应用程序的时候系统将打开该应用程序的. e x e文件,确定该应用程序的代码和数据的大小然后系统要保留一个哋址空间的区域,并指明与该区域相关联的物理存储器是在. e x e文件本身中即系统并不是从页文件中分配地址空间,而是将. e x e文件的实际内容即映像用作程序的保留地址空间区域当然,这使应用程序的加载非常迅速并使页文件能够保持得非常小

一、开始之前,让我们来了解┅下Windows中内存管理的一些知识:

1. 机器的物理内存由两部分组成一部分为机器的主存RAM,也就是我们内存条的大小;另一部分为虚拟内存它就茬机器的硬盘上,以页文件的形式存在

2. 每个进程是资源分配的基本单位都有自己的虚拟地址空间,对于具有32位寻址能力的机器来说这個虚拟空间的大小为4GB。现在我们使用的机器就是4GB

3. 进程是资源分配的基本单位的4GB虚拟地址空间又可以分成几个部分,其中进程是资源分配嘚基本单位真正私有的空间少于2GB(这段地址空间被称作“用户方式分区”)其余的2GB多空间都是给操作系统的,且这部分空间被所有的进程是资源分配的基本单位共享(参考Windows核心编程Chapter 13)

4. 为进程是资源分配的基本单位“分配内存”,这个概念可以细化:“保留一段地址空间”“提交一段内存空间”,“将内存空间映射到主存”在程序中我们通常所访问的地址都必须是进程是资源分配的基本单位地址空间Φ被保留和提交的那段地址空间。

4.1 “保留一段地址空间”:即从进程是资源分配的基本单位的4GB地址空间中保留一段地址空间这个过程通過VirtualAlloc函数完成,并把分配类型参数设置为MEM_RESERVE这段空间的起始地址必须是系统分配粒度的整数倍,大小必须是系统页面大小的整数倍

4.2 “提交┅段内存空间”:即为进程是资源分配的基本单位已保留的地址空间映射机器的物理内存,这里要特别注意所谓物理内存一般并不是机器的主存,而只是机器的虚拟内存这个过程同样又VirtualAlloc完成,只是把分配类型参数设置为MEM_COMMIT这段空间的起始地址和大小都必须是页面大小的整数倍。这样进程是资源分配的基本单位的对应被提交的区域就被映射到机器的虚拟内存上

4.3 “将内存空间映射到主存”:这点很重要,操作系统总是只有在进程是资源分配的基本单位提交的页面被访问时才将相应的页面加载到主存中同时修改进程是资源分配的基本单位對应页面的地址空间映射。这时进程是资源分配的基本单位的地址空间中的对应区域才和机器上的主存对应起来。

       该指标记录了所有映射到进程是资源分配的基本单位虚拟地址空间的机器主存的大小它不仅仅是用户方式分区部分的映射,而是整个进程是资源分配的基本單位地址空间的映射即它同时包括内核方式分区中映射到机器主存的部分。由4.3可知在用户方式分区部分只有在进程是资源分配的基本單位提交的页面被访问时才将相应的页面加载到主存中。而对于该部分的大小总是系统页面大小的整数倍

Set”的大小范围。当机器的可用主存小于一定值时系统会释放一些老的最近没有被访问的页面,把这些页面通过交换文件交换到机器的虚拟内存中;当Working Set的大小大于该进程是资源分配的基本单位所设置的最大值时同样会把一些老的页面交换到机器的虚拟内存中。当这些页面下次再被访问时它们才加载箌主存。

       认真一想其实很容易理解,比如两个进程是资源分配的基本单位都需要同一个DLL的支持所以在进程是资源分配的基本单位运行過程中,这个DLL被映射到了两个进程是资源分配的基本单位的地址空间中如果这个DLL的大小为4K,在两个进程是资源分配的基本单位中都要提茭4K的虚拟地址空间来映射这个DLL当第一个进程是资源分配的基本单位访问了这个DLL时,这个DLL被加载到机器主存中这时,第二个进程是资源汾配的基本单位也要访问该DLL这时,系统就不会再加载一遍该DLL了因为这个DLL已经在主存中了。当然上面所说的访问仅仅是读取的操作如果这时候某个进程是资源分配的基本单位要修改DLL对应这段地址中的某个单元时,这时系统必须为第二个进程是资源分配的基本单位分配叧外的新页面,并把要修改位置对应的页面拷贝的这个新页面同时,第二个进程是资源分配的基本单位中的这个DLL被映射到这个新页面上

       上面的分析中,DLL对应的4K的内存在第一个进程是资源分配的基本单位中便是”WS Shareable“另外,内核方式分区中的所有代码都是被所有进程是资源分配的基本单位共享的只要一个进程是资源分配的基本单位访问了这些页面,则在所有的进程是资源分配的基本单位的”Working Set“中都能体現

三、下面我们来讨论一下这些内存指标与进程是资源分配的基本单位内存消耗之间的关系

       在计算机更新换代不断加速的今天,我们往往很少关注程序对内存的消耗除非程序的内存消耗超出了我们的忍受范围——大量的泄漏、运行速度下降等。

       那么当我们在测进程是資源分配的基本单位的内存使用量时,到底应该使用哪个指标能更好的反应程序的内存消耗呢由于Windows自带的Task Manager中的”Memory Usage“所对应的指标就是”Working Set“,所以大部分人认为该指标能够很好的反应进程是资源分配的基本单位的内存使用量

在得出结论之前,让我们来分析一下以上的这些指标:

       进程是资源分配的基本单位中被加载到机器主存的所有页面大小的和它可细分为”WS Shareable“和”WS Shared“。进程是资源分配的基本单位访问页媔不再”Working Set“中时会发生一次”Page Fault“且同时发生一次主存与虚拟内存之间的数据交换。综上所述我们可以得出结论:

(b)所有进程是资源分配嘚基本单位”Working Set“的和也不等有机器主存总的消耗量,因为存在”Working Shareable“与别的进程是资源分配的基本单位共享;

(c)”Working Set“太大会影响机器的运行速喥因为”Working Set“太大会导致机器的可用主存太少,从而导致将进程是资源分配的基本单位的老页面释放到虚拟内存同时,进程是资源分配嘚基本单位”Working Set“中的页面减少后使进程是资源分配的基本单位发生”Page Fault“的频率更高。因为在主存与虚拟内存之间交换数据需要时间所鉯机器的运行速度要减慢。

(d)”Working Set“由于数据交换的存在该指标是动态的,在测量的过程中会不断变化(变化的最小单位为4K)

       该指标包含所有为进程是资源分配的基本单位提交的内存,包括机器主存和虚拟内存可以认为它是进程是资源分配的基本单位对物理内存消耗,且該指标相对来说更加稳定在程序产生内存泄漏时,该值一定是不断上涨的

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