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Wince和Windows Mobile下的内存监控

 My镜像站 2011-11-16

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。

Wince和Windows Mobile下的内存监控 - 混混 - 混混的江湖 

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。

class MemoryMonitor
{
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 (Wince和Windows Mobile下的内存监控 - 混混 - 混混的江湖)
        {
            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 (Wince和Windows Mobile下的内存监控 - 混混 - 混混的江湖)
        {
            heapSize = 0;
            if (snapShot != INVALID_HANDLE_VALUE)
            {
                CloseToolhelp32Snapshot(snapShot);
            }
        }
    }
};
Wince和Windows Mobile下的内存监控 - 混混 - 混混的江湖getTimeStamp()
WCHAR * getTimeStamp()
{
    SYSTEMTIME currentTime;
    std::string timeString = "";
    char tempBuffer[32];
    
    //get the current time - use win API as CE does not support c time functions
    GetLocalTime(&currentTime);

    //Add hour
    if(currentTime.wHour < 10)
        timeString += "0";
    timeString += _itoa(currentTime.wHour,tempBuffer,10);
    
    //add delimiter
    timeString += ":";

    //add minute
    if(currentTime.wMinute < 10)
        timeString += "0";
    timeString += _itoa(currentTime.wMinute,tempBuffer,10);

    //add delimiter
    timeString += ":";        
    
    //add second
    if(currentTime.wSecond < 10)
        timeString += "0";
    timeString += _itoa(currentTime.wSecond,tempBuffer,10);
    
    //add delimiter
    timeString += " ";

    //add day
    if(currentTime.wDay < 10)
        timeString += "0";
    timeString += _itoa(currentTime.wDay,tempBuffer,10);

    //add delimiter
    timeString += "/";
    
    //add month
    if(currentTime.wMonth < 10)
        timeString += "0";
    timeString += _itoa(currentTime.wMonth,tempBuffer,10);
    
    //add delimiter
    timeString += "/";
    
    //add year
    timeString += _itoa(currentTime.wYear,tempBuffer,10);
    
    //Copies it to a (char *) which is then passed to any function thatx wants TimeStamp
    static WCHAR timeStamp[64];
    swprintf(timeStamp, L"%S", timeString.c_str());

    return timeStamp;
}

 

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。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    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。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    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

GlobalMemoryStatus

MEMORYSTATUS

CreateToolhelp32Snapshot

CloseToolhelp32Snapshot

Process32First

Task Manager for Windows Mobile and Windows CE

What is Virtual Memory?

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