Функция VirtualAlloc: переданная и зарезервированная память

Если программе нужна динамически распределяемая память, то рано или поздно ей придется вызвать функцию VirtualAlloc. Вызовет ее не программист, а функции Windows или библиотеки С периода выполнения, выделяющие память из кучи. Зная, как работает VirtuаlAlloc, можно лучше понять функции, которые обращаются к ней. Сначала разберемся с понятиями зарезервированной (reserved) и переданной (committed) памяти. При резервировании памяти выделяется непрерывный диапазон виртуальных адресов. Если, допустим, известно, что программа будет оперировать с одним 5-мегабайтным блоком памяти (блоки памяти называют также регионами (regions)), но весь он сейчас не нужен, тогда следует вызвать VirtualAlloc и в параметре, определяющем тип выделения памяти, указать MEM_RESERVE, а в параметре, задающем размер выделяемой памяти, - 5 Мб. Windows округляет начальный и конечный адреса региона до значений, кратных 64 Кб, и уже не даст процессу повторно зарезервировать память из этого региона. Когда программе всерьез понадобится эта память, она снова вызовет VirtualAlloc, чтобы передать память из этого региона. Теперь начальный и конечный адреса региона округляются до значений, кратных 4 Кб, и в файле подкачки выделяются соответствующие страницы, а также создается нужная таблица страниц. Блок помечается либо как «только для чтения», либо как «для чтения и записи». Однако оперативная память по-прежнему не выделяется; это произойдет, лишь когда программа попытается что-то записать в этот блок памяти. Если передаваемая память не была ранее зарезервирована, ошибки все равно не возникает. А если память уже была передана, то и в этом случае - никаких проблем. Главное в том, что перед использованием память должна быть передана. Чтобы вернуть (decommit) переданную память (по сути, вернуть соответствующим страницам статус зарезервированных), применяется функция VirtualFree. Она может также освободить и зарезервированный регион памяти, но для этого ей надо передать базовый адрес, возвращенный VirtualAlloc в момент резервирования памяти.

Кучи

Windows поддерживает пулы памяти, называемые кучами (heaps). Процесс может иметь несколько куч, которые используются для распределения памяти. Во многих случаях одной кучи вполне достаточно, но в силу ряда причин, о которых будет сказано ниже, иногда целесообразно иметь в своем распоряжении несколько куч. Если одной кучи вам хватает, можно обойтись использованием функций управления памятью, предоставляемых библиотекой С (malloc, free, calloc, realloc).

Кучи являются объектами Windows и, следовательно, имеют дескрипторы. Дескриптор кучи используется при распределении памяти. У каждого процесса имеется куча, заданная по умолчанию, которую использует функция malloc и для получения дескриптора которой используется следующая функция:GetProcessHeap(VOID)

Возвращаемое значение: дескриптор кучи процесса, в случае неуспешного завершения - NULL. Для создания и уничтожения куч применяются две функции, описания которых приводятся ниже.

Начальный размер кучи, устанавливаемый параметром dwInitialSize (который может быть нулевым), всегда округляется до величины, кратной размеру страницы, и определяет объем физической памяти (в файле подкачки), который передается (commit) в распоряжение кучи (для последующего распределения памяти по запросам) первоначально, а не в ответ на запросы распределения (allocation) памяти из кучи. Когда программа исчерпывает первоначальный размер кучи, куче автоматически передаются дополнительные страницы памяти вплоть до пор, пока она не достигнет установленного для нее максимального размера. Поскольку файл подкачки является ограниченным ресурсом, рекомендуется откладывать передачу памяти куче на более поздний срок, если только заранее не известно, какой размер кучи потребуется. Максимально допустимый размер кучи при ее увеличении в результате динамического расширения определяется значением параметра dwMaximumSize (если оно ненулевое). Рост куч процессов, заданных по умолчанию, также осуществляется динамическим путем.

HANDLE HeapCreate (DWORD flOptions, SIZE_T dwInitialSize, SIZE_T dwMaximumSize)

Возвращаемое значение: дескриптор кучи; в случае неудачного завершения - NULL. Типом данных обоих упомянутых полей, связанных с размерами кучи, является не DWORD, a SIZE_T. Тип данных SIZE_T определяется как 32-битовое целое число без знака.- этот параметр может объединять следующие два флага:

. HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS: в случае ошибки при распределении памяти вместо возврата значения NULL генерируется исключение, которое должно быть обработано средствами SEH. Если установлен этот флаг, то такие исключения при сбоях будет возбуждаться не самой функцией HeapCreate, а такими функциями, как HeapAlloc.

. HEAP_NO SERIALIZE: при определенных обстоятельствах, о которых сказано ниже, установка этого флага может привести к незначительному повышению производительности.

Для уничтожения объекта кучи используется функция HeapDestroy. Она также может служить примером исключения из общих правил, в данном случае - правила, согласно которому для удаления ненужных дескрипторов любого типа используется функция CloseHandle.

BOOL HeapDestroy (HANDLE hHeap)

Параметр hHeap должен указывать на кучу, созданную посредством вызова функции HeapCreate. Необходимо следить за тем, чтобы случайно не уничтожить кучу процесса, заданную по умолчанию (дескриптор которой получают с помощью функции GetProcessHeap). В результате уничтожения кучи освобождается область виртуального адресного пространства и физическая область сохранения файла подкачки. Разумеется, правильно спроектированная программа должна уничтожать кучи, необходимости в которых больше нет. Уничтожение кучи позволяет быстро освободить память, занимаемую структурами данных, избавляя вас от необходимости отдельного уничтожения каждой из структур, однако экземпляры объектов C++ уничтожены не будут, поскольку их деструкторы при этом не вызываются. Применение операции уничтожения кучи имеет следующие положительные стороны:

. Отпадает необходимость в написании программного кода, обеспечивающего обход структур данных.

. Отпадает необходимость в освобождении памяти, занимаемой каждым из элементов, по отдельности.

. Система не затрачивает время на обслуживание кучи, поскольку отмена распределения памяти для всех элементов структуры данных осуществляется посредством единственного вызова функции.