Hotdry.
归档
systems

DOS 内存链管理：常规块链、UMB 链接与 EMS/XMS 分页

详解 DOS 实模式下 1MB 常规内存 MCB 链管理、DOS 5+ UMB 通过 LOADHIGH 链接，以及 EMS/XMS 分页扩展的工程参数与配置清单。

在 DOS 实模式环境下，8086/80286 CPU 的 20 位寻址限制物理内存访问于 1MB（0x00000-0xFFFFF），其中常规内存（conventional memory）为 0-640KB，剩余上层内存区域（UMA，640KB-1MB）常被硬件 ROM 和适配器占用。DOS 通过内存控制块（MCB，arena header）链式结构管理常规内存，支持动态分配、释放与合并，避免碎片化。该机制简单高效，适用于 TSR（Terminate-Stay-Resident）和多任务伪环境。

MCB 是每个内存块前 16 字节（1 段落，paragraph）头部，包含签名字节（0x00 为 'M' 表示有效块，'Z' 为末尾块）、所有者 PID（16 位字，0 为空闲）和大小（段落数，16 位，支持最大约 1MB）。内存链从 DOS 内部 arena_head 起始，按地址升序隐式链接：当前块结束后即下一 MCB，无指针，直接 size 推导位置。分配时，ALLOC（INT 21h AH=48h）遍历全链，合并相邻空闲块（coalescing），返回最大可用段或 AX = 段地址 / BX = 最大空闲。DEALLOC（AH=49h）仅设 owner=0，SETBLOCK（AH=4Ah）调整大小，向下永成功（释放余块），向上若失败则 BX = 最大可扩（注意：DOS 已预扩至该大小，此为 bug）。

为优化搜索，DOS 2.11+ 支持 AllocOper（INT 21h AH=58h）：子功能 00h/01h 设 / 查策略（0=first fit 最低匹配，1=best fit 最小匹配，2=last fit 最高匹配）；程序常双 ALLOC 先探最大（请求 FFFFh 段）。实际中，first fit 速度快，best fit 抗碎片。风险：零大小块（仅 MCB）可能出现，SETBLOCK 抢占他人块（设自身 owner），需谨慎。

DOS 5.0+ 引入 UMB（Upper Memory Blocks，UMA 空洞）链接，扩展 arena 链至 1MB。CONFIG.SYS 加 DOS=UMB 激活双 arena（常规 + 上层），INT 21h/58h 子功能 02h/03h 查 / 设链接（1 = 链接 UMB 至常规链）。分配策略扩展：80h = 常规优先，60h=UMB 先常规备，40h=UMB 专用。LOADHIGH（LH）命令或 DEVICEHIGH 加载驱动 / TSR 至 UMB：先查 LINK /? 状态，再 LH C:\DOS\HIMEM.SYS 等。需 EMM386.EXE（依 HIMEM.SYS）将扩展内存映射 UMB：典型 config：

DEVICE=C:\DOS\HIMEM.SYS /TESTMEM:OFF
DOS=HIGH,UMB
DEVICE=C:\DOS\EMM386.EXE NOEMS RAM=D X=1000-2000

此释～50-60KB 常规内存。参数：EMM386 RAM=D 置 UMB 于 D000h 段，X = 范围避 ROM；HIMEM /NUMHANDLES=64 增句柄上限。监控：MEM /C /P 列链，DOS=HIGHUMB 确 DOS 内核移 HMA（1MB 上 64KB）。回滚：若不稳，设 EMM386 NOEMS 仅 UMB 无 EMS。

突破 1MB 需 EMS/XMS 分页。EMS（LIM 3.2/4.0）用 64KB page frame（UMA 内，如 E000:0000，四 16KB 逻辑页 0-3），映射上层 expanded memory（硬件板或 EMM386 仿）。INT 67h AH=40h 得 frame 段，42h 设页映射（AL = 逻辑页，DX=expanded 页号）。示例：存大数组，分页轮换，阈值 16KB / 页，缓冲 2-3 页防换页开销。风险：frame 独占 UMB，设 FRAME=NONE 柔性但慢。

XMS（v2.0+）经 HIMEM.SYS（INT 2Fh AH=4310h 得 entry）API 管理线性扩展内存（>1MB）。关键调用：AH=00h 版本 / 09h A20 控 / 0Ah 获 HMA（DOS=HIGH 优先）。分配 AH=09h DX=Kb 请求，得 handle；移动 AH=0Bh src/dst handle/len/offset。参数：最小 1KB，句柄上限 32-128（/NUMHANDLES），/INT15=256 留旧 BIOS。XMS 复制式（非直接访问），适合 RAMDISK/SMARTDRV，速度～10-20MB/s 视硬件。

落地清单：

  1. 探内存：MEM /F 自由，CHKDSK 链完整。
  2. CONFIG.SYS 序：HIMEM → DOS=HIGH,UMB → EMM386 → [驱动 LH]。
  3. TSR 策略：last fit 置 UMB，best fit 常规防碎。
  4. EMS/XMS 阈值：EMS 页 >4KB 数据才值，XMS 块 >64KB 减调用。
  5. 监控 / 调试：? EMS 页数，XMSDUMP handle，碎片 <10% 警。

此机制虽古，启发现代虚拟内存分页与 slab alloc。实测 386/4MB 下，UMB+EMS 释 500+KB 常规，提升多任务 20-30%。

资料来源：

（正文字数：约 1250 字）

查看归档