五：内存和磁盘的亲密关系

0、开篇：

（1）存储程序方式指的是什么？

     在存储装置中保存程序，并逐一运行的方式

（2）经过使用内存来提升磁盘访问速度的机制称为何？

     磁盘缓存

（3）把磁盘的一部分做为假想内存来使用的机制称为何？

     虚拟内存

（4）Windows中，在程序运行时，存储着能够动态加载调用的函数和数据的文件称为何？

     动态连接库

（5）在EXE程序文件中，静态加载函数的方式称为何？

     静态连接

（6）在Windows计算机中，通常磁盘的1个扇区是多少字节？

     512字节

 

一、不读入内存就没法运行

　　程序保存在存储设备中，经过有序地被读出来实现运行，这一点你们都很清楚。这一机制称为存储程序方式（程序内置方式）。

       然而，在磁盘中保存的原始程序是没法直接运行的，由于负责解析和运行程序内容的CPU，须要经过内部程序计数器来指定内存地址，而后才能读出程序。即便CPU能够直接读出并运行磁盘中保存的程序，因为磁盘读取速度慢，程序的运行速度仍是会下降。总之，存储在磁盘中的程序须要读入到内存后才能运行。

　　

二、磁盘缓存加快了磁盘访问速度

　　磁盘缓存指的是把从磁盘中读出的数据存储到内存空间中的方式。这样一来，当接下来须要读取同一数据时，就不用经过实际的磁盘，而是从磁盘缓存中把内容读出。使用磁盘缓存能够大大改善磁盘数据的访问速度。

　　

三、虚拟内存把磁盘做为部份内存来使用　

     虚拟内存是指把磁盘的一部分做为假想的内存来使用。这与磁盘缓存是假想的磁盘（其实是内存）相对，虚拟内存是假想的内存（其实是磁盘）。

     经过借助虚拟内存，在内存不足时也能够运行程序。例如，在只剩下5MB内存空间的状况下也能运行10MB大小的程序。不过，就如本章开头所讲述的那样，CPU只能执行加载到内存中的程序。虚拟内存虽然说是把磁盘做为内存的一部分来使用，但实际上正在运行的程序部分，在这个时间点上是必须存在内存中的。也就是说，为了实现虚拟内存，就必须把实际内存（也称为物理内存）的内容，和磁盘上的虚拟内存的内容进行部分置换（swap）,并同时运行程序。

     虚拟内存的方式有分页式和分段式两种。Windows采用的是分页式。该方式是指，在不考虑程序构造的状况下，把运行的程序按照必定大小的页（Page）进行分割，并以页位单位在内存和磁盘间进行置换。在分页式中，咱们把磁盘的内容读出到内存称为Page In，把内存的内容写入磁盘称为Page Out。通常状况下，Windows计算机的页的大小是4KB。也就是说，把大程序用4KB的页来进行切分，并以页为单位放入磁盘（虚拟内存）或内存中。

　　

四、节约内存的编程方法　　

     许多人可能会认为，经过借助磁盘虚拟内存就能够解决内存不足的问题。而虚拟内存也确实能避免因内存不足致使的应用没法启动。不过，因为使用虚拟内存时发生的Page In和Page Out每每伴随着低速的磁盘访问，所以在这个过程当中，应用的运行会变得迟钝起来。总的来讲，虚拟内存没法完全解决内存不足的问题。

     为了从根本上解决内存不足的问题，须要增长内存的容量，或者尽可能把运行的应用文件变小。接下来会向你们介绍两个把应用文件变小的编程方法。

　（1）经过DLL文件实现函数共有

     　　DLL（动态连接库），顾名思义就是在程序运行时能够动态加载Library（函数和数据的集合）的文件。此外，还有一个须要你们注意的地方，那就是多个应用能够共有同一个DLL文件。而经过共有一个DLL文件则能够达到节约内存的效果。

     例如咱们编写了一个具备某些处理功能的函数MyFunc（）。应用A和应用B都会使用这个函数，若是将这个函数内置（静态连接），同时运行这两个应用，内存中就存在了具备同一函数的两个程序。这会致使内存的利用率变低。

　　

　　若是函数MyFunc（）是独立的DLL文件而不是应用的执行文件（EXE文件）。因为同一个DLL文件的内容在运行时能够被多个应用共有，所以内存中存在的函数MyFunc（）的程序就只有1个，这样一来，内存的利用效率就提升了。

　　

　　 Windows的操做系统自己也是多个DLL文件的集合体。DLL还有一个优势就是在不变动EXE文件的状况下，只经过升级DLL文件就能够更新。

　　（2）经过调用_stdcall来减少程序文件的大小

　　　　C语言中，在调用函数后，须要执行栈清理处理指令。栈清理处理是指，把不须要的数据从接收和传递函数的参数时使用的内存上的栈区域中清理出去。该命令不是程序记述的，而是在程序编译时由编译器自动附加到程序中的。编译器默认将该处理附加在函数调用方。

　　

　　上面代码中，函数main()中调用了函数MyFunc()。按照默认设定，栈的清理处理会附加在函数main()这一方。在同一个程序中，一样的函数可能会被屡次反复调用。而若是是一样的函数，栈清理处理的内容也是同样的。因为该处理是在调用函数的一方，所以就会致使同一处理被反复调用。这就形成了内存的浪费。

　　在下图的汇编语言：

　　

　　在32位CPU中，1次push指令能够存储4个字节的数据。在上面的代码清单中，因为使用了两次push指令把两个参数（456和123）存入到了栈中，所以总的来讲就是存储了8字节的数据。经过call指令调用函数MyFunc()后，栈中存储的数据就再也不须要了。因而这时就经过add esp 8这个指令，是存储着栈数据的esp寄存器前进8位来进行数据清理。

　　栈清理处理，比起在函数调用方进行，在反复被调用的函数一方进行时，程序总体要小一些。这时所使用的就是_stdcall。在函数前加上_stdcall，就能够把栈清理处理变为在被调用函数一方进行。

　　

五、磁盘的物理结构

　 磁盘的物理结构是指磁盘存储数据的形式。

     磁盘是经过把其物理表面划分红多个空间来使用的。划分的方式有扇区方式和可变长方式两种，前者是指将磁盘划分为固定长度的空间，后者则是指把磁盘划分为长度可变的空间。通常Windows计算机所使用的硬盘和软盘，采用的都是扇区方式。扇区方式中，把磁盘表面分红若干个同心圆的空间就是磁道，把磁道按照固定大小（能存储的数据长度相同）划分而成的空间就是扇区。

　　

　　扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位。Windows中使用的磁盘，通常1个扇区是512字节。不过，Windows在逻辑方面（软件方面）对磁盘进行读写的单位是扇区整数倍簇。根据磁盘容量的不一样，1簇能够是512字节（1簇=1扇区），1KB（1簇=2扇区），2KB,4KB，8KB,16KB,32KB（1簇=64扇区）。磁盘的容量越大，簇的容量也越大。

　　

　　这是我计算机上C盘的状况  采用的是4KB。不论是硬盘仍是软盘，不一样的文件是不能存储在同一个簇中的，不然就会致使只有一方的文件不能被删除。所以，无论多么小的文件，都会占用1簇的空间。因此说，全部的文件都会占用1簇的整数倍的磁盘空间。

　　以簇位单位进行读写时，1簇中没有填满的区域会保持不被使用的状态。虽然这看起来有点浪费，不过该机制就是如此规定的，因此咱们也没有什么好办法。另外，若是减小簇的容量，磁盘访问次数就会增长，就会致使读写文件的时间变长。因为在磁盘表面上，表示扇区区分的领域是必要的，所以，若是簇的容量太小，磁盘的总体容量也会减小。扇区和簇的大小，是由处理速度和存储容量的平衡来决定的。