进程默认堆和额外创建的堆

Posted 2020-09-03 HsinTsao

在《Windows核心编程》第五版的第十八章 《堆》 中提到了进程默认堆和额外创建的堆。这在编程中是十分重要的知识，今天整理一下。

1，堆非常适合分配大量的小型数据。使用堆可以让程序员专心解决手头的问题，而不必理会分配粒度和页面边界之类的事情。因此堆是管理链表和数的最佳方式。但是堆进行内存分配和释放时的速度比其他方式都慢，而且无法对物理存储器的调拨和撤销调拨进行控制。

为了能适应各种硬件平台，如果程序员想要控制物理存储器的调拨和撤销调拨，就不应该使用堆，而应该使用虚拟内存（VirtualAlloc和VirtualFree）。

 

2.进程默认堆。 

进程初始化时，系统会在进程的地址空间中创建一个堆。这个堆被称为进程的默认堆。默认情况下，这个堆的地址空间区域大小是1MB。程序员可以控制这个大小。我们可以在创建应用程序时用/HEAP连接器开关来改变默认堆的大小。由于DLL没有与之关联的堆，因此在创建DLL时，不应该使用/HEAP开关。

我们可以通过调用GetProcessHeap来得到进程默认堆

 

3.为什么要创建额外的堆？

（1）对组件进行保护

如：有一个链表和一个二叉树都需要保存在同一个堆中，这会使两种结构混合，假如链表中的某个节点出错覆盖他下边的某块内存，就可能把二叉树结构破坏，这会导致定位出错很难，于是把两种结构放到两个堆中，这种可能性就会小很多。

（2）更有效的内存管理

每个堆保证相同的结构会使内存分配更为合理。再举上一个例子，链表每个节点大小为24字节，二叉树每个节点32字节，现在链表释放了2个节点，这时有了48字节的空间，但是很有可能这两块内存不连续。而没法给二叉树分配一个节点的空间。如此操作，会使堆内内存碎片化。

（3）使内存访问局部化

我们知道系统在访问内存的时候会产生页交换，当系统把一个内存页换入到磁盘中，再从磁盘中换出一个内存页时，这种消耗是十分巨大的。于是，把相同的节点放在一个内存堆中就显得尤为重要了。继续举栗子，当我们一个堆中只保存链表节点，或者只保存二叉树节点，这个时候内存很有可能分配到邻近一块儿内存中，这时候我们遍历节点就不需要再进行页交换了。但是两个结构混用的话，很有可能看似相邻的两个节点其实在两个页交换文件中，如果运气差，有可能进行一次遍历，系统需要多次进行页交换，大大降低了效率。

（4）避免线程同步的开销

在默认情况下，系统中线程对堆的访问是依次进行的，如果你自己创建了堆，系统将不会用额外代码来保证线程的安全性，就会在一定程度上减小系统的消耗，不过这时候对堆的内存操作将有我们自己进行，系统将不再管理。

（5）快速释放

如果我们创建一个堆来存放数据，我们在销毁数据的时候可以仅仅将整个堆的内存释放，而不必一个个节点去释放，大大加快了释放内存的效率。

 

4.如何创建额外的堆

HANDLE HeapCreate(

     DWORD fdwOptions,

     SIZE_T dwInitilialize,

     SIZE_T dwMaximumSize);

5.堆创建后，需要从堆中分配内存时，要调用HeapAlloc函数：

PVOID HeapAlloc(

     HANDLE hHeap,

     DWORD fdwFlags,

     SIZE_T dwBytes);

如果分配成功HeapAlloc会返回内存块地址。否则将会返回NULL。

默认情况下，对堆的访问会依次进行。当任何程序试图从堆中分配一块内存时，HeapAlloc会执行以下操作：

     1：遍历已分配的内存的链表和闲置内存的链表。

     2：找到一块足够大的闲置内存块。

     3：分配一块新的内存，将2找到的内存块标记为已分配。

     4：将新分配的内存块添加到已分配的链表中。

     注意：在分配大于1MB的内存时应该避免使用堆函数，而应该使用VirtualAlloc函数。

 

6.调整内存块大小

PVOID HeapReAlloc(

     HANDLE hHeap,

     DWORD fdwFlags,

     PVOID pvMem,

     SIZE_T dwBytes);

7.获得内存块大小

SIZE_T HeapSize(

    HANDLE hHeap,

    DWORD fdwFlags,

    LPCVOID pvMem);

8.释放内存块

BOOL HeapFree(

    HANDLE hHeap,

    DWORD fdwFlags,

    PVOID pvMem);

9.销毁堆

BOOL HeapDestroy(HANDLE hHeap); 

10.其他

函数GetProcessHeaps返回一个HANDLE数组   可获得包括默认堆在内的所有堆的句柄

 

一下两个函数要配对使用，用于线程同步：

BOOL HeapLock(HANDLE hHeap);

BOOL HeapUnlock(HANDLE hHeap);

 

让堆中闲置的内存块能重新结合在一起，并撤销调拨给堆中闲置内存块的存储器，可以调用HeapCompact：

UINT HeapCompact(

    HANDLE hHeap,

    DWORD fdwFlags);

 

HeapValidate可以验证堆的完整性。

BOOL HeapValidate(

    HANDLE hHeap,

    DWORD fdwFlags,

    LPCVOID pvMem);