Wince和Windows Mobile下的内存监控
由于发现开发的程序有内存泄漏(Memory Leaks)，所以编写了一个内存监控程序定位那个程序有Leaks。
所谓Memory Leaks就是程序在运行的过程中没有释放已经不再使用的内存，Memory Leaks不会直接导致程序core dump或者系统崩溃。只有程序在运行过程中不断的请求分配内存，而得到这部分的内存一直没有释放，直到系统再没有空闲的内存可以分配了，系统会变慢（有可能进行页交换所以变慢）甚至崩溃。
Wince（Windows Mobile同样适用，因为使用Wince的Kernel）的内存管理称谓虚拟内存结构（Virtual Memory Architecture）。在PC的世界，virtual memory是和物理内存（RAM）相对的概念，系统可以使用硬盘等设备作为内存使用，解决内存小的问题。但是在Wince里面，Virtual Memory的概念和PC不一样，他不是指硬盘或者其他物理设备，他是对物理内存的一个映射，在Wince里面所有应用程序都不可以直接操作物理内存的地址，只有通过Virtual Memory来分配和管理内存。每个进程内存管理单元（memory management unit ）负责这些内存从虚拟地址（virtual addresses）到物理地址（physical addresses）的映射。
上图就是一个内存映射到例子，为什么Wince要通过内存管理单元来映射物理内存和虚拟内存，而不直接让应用程序访问物理内存呢？Wince是一个32位的系统，理论上可以管理4G的内存，可惜由于当前硬件设备的局限性，Wince运行的硬件环境一般只有很小的内存（64M,128M），所以Wince系统需要想方法节省物理内存的使用。在虚拟内存结构下，Wince依然提供4G虚拟内存给用户，其中2G用于kernel模式，2G用于用户进程。当程序需要载入数据到内存时，Wince会检查该数据是否已经在物理内存里面，如果在，就建立多一个映射关联到虚拟内存，如上图中的Device Buffer被使用了2次，所以有两个虚拟内存地址，确映射到同一个物理内存地址上 。这样做的目的是Process理论上可以使用4G的内存，具体的映射由Wince来负责，Wince也可以因此提高物理内存的使用率。
由于虚拟内存结构，因此我们可以监控每个进程的虚拟内存使用情况，不能监控到具体的每个进程的物理内存使用率。虚拟内存主要分三类：
Free： 没有分配或者使用的虚拟内存。
Reserved：被预订，但是还没有映射到物理内存的虚拟内存。
Committed：先被预订，同时已经映射到物理内存的虚拟内存，也就是正在在使用中的内存。
以下是内存监控的代码。
{
private :
static const int TH32CS_SNAPNOHEAPS = 0x40000000 ;
public :
void ShowTotalMemoryInfo()
{
MEMORYSTATUS status;
GlobalMemoryStatus( & status);
wprintf(L " \n%s Memory Load:%ld, TotalPhys:%ld, AvailPhys:%ld, TotalVirtual:%ld, AvailVirtual:%ld \n " ,
getTimeStamp(),
status.dwMemoryLoad,
status.dwTotalPhys,
status.dwAvailPhys,
status.dwTotalVirtual,
status.dwAvailVirtual);
}
public :
void ShowProcessesMemoryInfo()
{
HANDLE snapShot = INVALID_HANDLE_VALUE;
try
{
snapShot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS | TH32CS_SNAPNOHEAPS, 0 );
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
PROCESSENTRY32 processEntry;
processEntry.dwSize = sizeof (PROCESSENTRY32);
BOOL ret = Process32First(snapShot, & processEntry);
while (ret == TRUE)
{
wprintf(L " %s %s, %X, MemoryBase:%X, ThreadCnt:%d, " ,
getTimeStamp(),
processEntry.szExeFile,
processEntry.th32ProcessID,
processEntry.th32MemoryBase,
processEntry.cntThreads);
ShowMemoryInfo(processEntry.th32MemoryBase);
ShowHeapInfo(processEntry.th32ProcessID);
ret = Process32Next(snapShot, & processEntry);
}
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
CloseToolhelp32Snapshot(snapShot);
}
}
else
{
DWORD err = GetLastError();
LPVOID lpMsgBuf;
FormatMessage(FORMAT_MESSAGE_ALLOCATE_BUFFER | FORMAT_MESSAGE_FROM_SYSTEM | FORMAT_MESSAGE_IGNORE_INSERTS,
NULL,
err,
0 , // Default language
(LPTSTR) & lpMsgBuf,
0 ,
NULL);
wprintf(L " ERROR: %s " , lpMsgBuf);
}
// } __except ( Filter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()) )
}
catch (
){
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
CloseToolhelp32Snapshot(snapShot);
}
}
}
private :
void ShowMemoryInfo(DWORD baseAddress)
{
DWORD startAddress = baseAddress;
DWORD endAddress = startAddress + 0x40000000 ;
DWORD address = startAddress;
DWORD committedMemory = 0 ;
DWORD reservedMemory = 0 ;
DWORD freeMemory = 0 ;
while (address < endAddress)
{
MEMORY_BASIC_INFORMATION memoryInfo;
SIZE_T rv = ::VirtualQuery((LPVOID)address, & memoryInfo, sizeof (memoryInfo));
if (rv != 0 )
{
if (memoryInfo.State == MEM_COMMIT)
{
committedMemory += memoryInfo.RegionSize;
}
if (memoryInfo.State == MEM_RESERVE)
{
reservedMemory += memoryInfo.RegionSize;
}
if (memoryInfo.State == MEM_FREE)
{
freeMemory += memoryInfo.RegionSize;
}
address += memoryInfo.RegionSize;
}
else
{
break ;
}
}
wprintf(L " Cmtd:%ld, Rsvd:%ld, Free:%ld, " , committedMemory, reservedMemory, freeMemory);
}
void ShowHeapInfo(DWORD processId)
{
HANDLE snapShot = INVALID_HANDLE_VALUE;
DWORD heapSize = 0 ;
// Need to use __try __except on ToolHelp API.
// If a process is being destroyed (shutdown), the API crashes (AV on NULL pointer)
// Can use try catch if /EHa compiler settings is used
// __try
try
{
snapShot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPHEAPLIST, processId);
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
HEAPLIST32 heapList;
HEAPENTRY32 heapEntry;
heapList.dwSize = sizeof (HEAPLIST32);
heapEntry.dwSize = sizeof (HEAPENTRY32);
BOOL ret = Heap32ListFirst(snapShot, & heapList);
while (ret == TRUE)
{
BOOL ret2 = Heap32First(snapShot, & heapEntry, heapList.th32ProcessID, heapList.th32HeapID);
// Loop the blocks in the heaps to get the size
while (ret2 == TRUE)
{
if (heapEntry.dwFlags != LF32_FREE)
{
heapSize += heapEntry.dwBlockSize;
}
ret2 = Heap32Next(snapShot, & heapEntry);
}
ret = Heap32ListNext(snapShot, & heapList);
}
wprintf(L " Heap:%ld\n " , heapSize);
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
CloseToolhelp32Snapshot(snapShot);
}
}
else
{
wprintf(L " Heap:ERROR\n " );
}
// } __except ( Filter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()) )
} catch (
){
heapSize = 0 ;
if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
{
CloseToolhelp32Snapshot(snapShot);
}
}
}
};
getTimeStamp()
GlobalMemoryStatus取出整个Wince系统的内存使用信息，包括负载，物理内存和虚拟内存信息。
CreateToolhelp32Snapshot能取出进程信息，进程的heap信息。
VirtualQuery能取出进程的虚拟内存信息。
在监控内存使用情况时，监控进程的heap信息十分重要，wince的stack是固定大少的，如果heap不断的增长，说明进程在不断的分配动态内存。
{
MemoryMonitor memoryMonitor;
while ( 1 )
{
memoryMonitor.ShowTotalMemoryInfo();
memoryMonitor.ShowProcessesMemoryInfo();
::Sleep( 60000 );
}
char str[ 127 ];
scanf(str);
return 0 ;
}
上面的代码演示每分钟打印一次内存信息。
{
char * p;
while ( 1 )
{
p = new char [ 1024 ];
Sleep( 1000 );
}
return 0 ;
}
上面是一个内存泄漏的程序，每秒钟泄漏1k的内存。可以用这个程序检验内存监控程序的有效性。
参考文档
Stanislav Pavlov, Pavel Belevsky : Windows® Embedded CE 6.0 Fundamentals