Microsoft Windows CEのメモリ使用

[アーティクル]
03/20/2008

John Murray著
1997年9月

はじめに

Microsoft(r) Windows(r) CEは、様々なターゲットデバイス、すなわち「プラットフォーム」向けにカスタマイズできるコンポーネント化されたオペレーティングシステムです。相手先商標製品製造（OEM）業者、または組み込みシステムデベロッパーは、ターゲットプラットフォームのオペレーティングシステムに提供するシステムモジュールとコンポーネントを選択できます。メモリの要件は、選択したモジュールとコンポーネントによって決まります。

「モジュール」は、機能を完全に果たす完結した領域であり、システムソフトウェアに組み込まれているかいないかのどちらかです。その機能が必要でない場合は、モジュール全体が除外されます。たとえば、すべてのシリアルポート機能が「serial」という名前の単一のモジュールとして提供され、組み込まれているかいないかのどちらかです。

いくつかの大きいモジュールは、さらに「コンポーネント」に分割されます。これにより、OEMはOEMデバイスで必要なコンポーネントだけを含めることによって、これらのモジュールの小さいバージョンをカスタム構築できます。たとえば、ファイルシステムモジュールには、RAMファイルシステム、ROMファイルシステム、レジストリ、データベース用のコンポーネントが含まれています。OEMは、（いくつかの制限はありますが）これらのファイルシステムコンポーネントを組み合わせて、ターゲットプラットフォームのニーズを満たすことができます。

OEMや組み込みシステムデベロッパーが設計を決めるに当たって、それぞれのモジュールやコンポーネントのメモリ消費量が分かっていると便利です。この記事では、Windows CE 2.0オペレーティングシステムがメモリをどのように使用し、いくつかのWindows CEシステム構成における主要なシステムモジュールとコンポーネントのメモリ要件を示します。また、Windows CE用のツールを使って、ほかの構成の場合のメモリ要件を探る方法も説明もします。

Microsoftは、Windows CE version 2.0用に、これらのモジュールとコンポーネントについて基本的な構成を作成し、テストしました。構成としては、ユーザー入力装置が最小限で、表示機能のない基本システムから、Handhelp PC（H/PC）のようにMicrosoft Windowsの完全な外観と操作性を提供するものまで用意しました。

それぞれの構成は、その下位の構成の上に構築されます。次の表は、本稿で取り上げる、テストされた構成です。

構成	説明
最小限の入力システム（MinInput）	カーネル、基本ファイルシステム、レジストリ、基本ユーザー入力サポート機能。基本ユーザー入力サポート機能には次のものが含まれます。メッセージキュー、タッチパッド、キーボード入力装置、オーディオ、パワー、発光ダイオード通知（LED）、アイドル
最小限のグラフィックス表示インターフェイス（MinGDI）	MinInputと最小限のGDI（基本描画プリミティブ、デバイスコンテキスト）
最小限の通信（MinComm）	MinInputと通信スタック（Transfer Control Protocol/Internet Protocol［TCP/IP］、Point-to-Point Protocol［PPP］、telephony application programming interface［TAPI］、Serial, Network Device/Driver Interface Specification ［NDIS］、Infrared Data Association［IRDA］）
Windowsユーザーインターフェイス（UI）構成（HPC2Apps）	MinCommとすべてのウィンドウ関連API関数（CreateWindowなど）。これは、H/PC上で使用されているバージョン

システムのメモリ使用

一般的なWindows CEデバイスには、ROMとRAMメモリがあります。デバイスは、バックアップバッテリーを使用したリフレッシュによって電源が落とされたときでも、RAMの内容を保持します。

システムメモリは、次の表のように分類できます。

メモリ	説明
ROM	Windows CEの実行形式と他のシステムファイルが含まれています。これらのファイルの.text（コード）と読み出し専用データセクションは、その場実行（XIP）のために解凍処理されます。
RAM-記憶メモリ	ファイルシステム（レジストリとWindows CE データベースを含む）が含まれています。読み出し／書き込みデータセクションが含まれます。
RAM-プログラムメモリ	作業用RAM

ROMには、システムの実行形式、ダイナミックリンクライブラリ（DLL）とMicrosoft Pocket Wordなどのバンドルアプリケーションを含む、その場実行（XIP）される解凍処理されたファイルが含まれています。これらのファイルは、ページ境界の先頭から始まります。またROMには、フォント、オーディオとビットマップなど、これらのアプリケーションによって使用される各種付属ファイルも含まれています。付属ファイルのほとんどは、（いくつかのフォントを除いて）圧縮されています。実行形式とDLLのコードと読み取り専用セクションは、その場実行できるように解凍処理されています。読み出し／書き込みセクションが圧縮されているのは、それらが解凍されてRAMに置かれるからです。

容量を節約するために、これら小さい付属ファイルと圧縮された読み出し／書き込みセクションの多くは、メモリの「穴」に配置されます。「穴」とは、コードまたは読み出し専用メモリセクションがROMに置かれた後、最後のページに残った空き領域のことです。

また、ROMで実行形式とDLLを圧縮することもできます。そのような実行形式が実行されていると、オンデマンドページング機能が、必要なページを解凍処理し、RAMにロードします。

RAMは、記憶メモリとプログラムメモリという2つの部分に分けられています。記憶メモリには、レジストリ、ファイルシステム、データベースが含まれます。ファイルシステムには、ユーザーがインストールまたは作成したアプリケーションとデータファイルがあります。ファイルシステムのファイルはすべて必ず圧縮されます。プログラムメモリは、システムと、実行中のアプリケーションによって使用されます。ユーザーは、再起動せずに、いつでも記憶メモリとプログラムメモリのRAMの分割を調節できます。

ユーザーがインストールしたアプリケーションは、ファイルシステムに圧縮された状態で常駐します。コードとデータは、実行するためにプログラムメモリに解凍処理される必要があります。オンデマンドページング処理がサポートされています。ユーザーによってインストールされたアプリケーションが起動するときに、プログラムメモリに解凍してロードしなければならないのは、アプリケーションのごく一部だけです。

通常、実行形式は.dataセクションのほかに、ヒープデータとスタックデータ用にプログラムメモリの一部を消費します。ヒープデータとスタックデータは、通常動的に拡大縮小します。

Windows CE version 2.0のメモリ使用

次の表は、SH3マイクロプロセッサ搭載のHitachi D9000 Development Platform上でのメモリ使用を示しています。RAMとスタック値は、起動後、Memtoolユーティリティがシステムステータスを調べた時点で得られたものです。これらの数字は、次のように計算されます。

ROM（コードと読み出し専用データ）：
RAM：
スタック：

MemtoolとPpshユーティリティは、各プロセスのRAMの読み出し専用データを表示しますが、このメモリは、しばしばカーネルによって割り当てられる共有メモリを示します。

この共有メモリは、物理的にはカーネルによって使用される1ページのみを消費します。そのために、サイズが1の読み出し専用ページを持つモジュールは、モジュールのRAM要件には数えられません。読み出し専用ページのサイズが1以上のカーネルとモジュールは例外となります。これらの例外については、読み出し専用と読み出し／書き込みセクションの合計がRAM要件となります。

MinInput

MinInputシステムは、最小限入力システムを表します。これには、カーネル、基本ファイルシステム、レジストリと基本ユーザー入力サポート機能が含まれます。基本ユーザー入力サポート機能には次のものが含まれます。メッセージキュー、タッチパッド、キーボード入力デバイス、オーディオ、パワー、通知LED、アイドル。

次の表は、再販用MinInput構成のシステム起動直後の数値をキロバイト（K）単位で示したものです。

モジュール	ROM（K）	RAM（K）	Stack（K）
Nk.exe	119	5	4
Filesys.exe	57	6	1
Gwes.exe	60	9	3
Coredll.dll	94

またこの構成は、ROMに次のDLLも含みます。

モジュール ROM（K） Toolhelp.dll 2 Keybddr.dll 8 Touch.dll 12

MinGDI

MinGDI システムは、GDIを持つ最小限のシステムのことです。最小限のGDIには、MinInputシステムのすべてのコンポーネントがあり、基本描画プリミティブとデバイスコンテキストが追加されています。

次の表は、再販用MinGDI構成のシステム起動直後の数値を示したものです。

モジュール	ROM（K）	RAM（K）	Stack（K）
Nk.exe	119	7	4
Filesys.exe	122	7	1
Gwes.exe	282	697	4
Coredll.dll	103

この構成には、MinInput構成で示したDLLに加えて、ROMに次のDLLも含まれています。

モジュール	ROM（K）
Ddi.dll	29
Wavedev.dll	15

MinComm

MinComm構成は、最小限通信機能をもつシステムを表します。MinCommシステムには、MinInputシステムのすべてのコンポーネントが含まれており、通信スタック（TCP/IP、PPP、TAPI、 Serial、NDIS、IRDA）が追加されています。

次の表は、再販用MinComm構成のシステム起動直後の数値を示したものです。

モジュール	ROM（K）	RAM（K）	Stack（K）
nk.exe	119	31	4
filesys.exe	86	9	1
gwes.exe	45	12	1
device.exe	15	67	8
coredll.dll	128

この構成には、MinInput構成で示したDLLに加えて、ROMに次のDLLも含まれています。

モジュール	ROM（K）
ppp.dll	64
cxport.dll	6
ircomm.dll	7
winsock.dll	18
secur32.dll	19
schannel.dll	111
ntlmssp.dll	14
afd.dll	39
arp.dll	19
ndis.dll	42
ne2000.dll	21
tcpstk.dll	98
irdastk.dll	55
tapi.dll	17
unimodem.dll	21
redir.dll	74
netbios.dll	25
wininet.dll	105
pcmcia.dll	29
serial.dll	26

HPC2Apps

HPC2Apps構成は、Handheld PCに見られる完全なシステムを表します。HPC2Apps構成は、MinCommシステムのすべてのコンポーネントを含み、（CreateWindowなどの）ウィンドウ関連のAPI関数を追加したものです。

モジュール	ROM（K）	RAM（K）	Stack（K）
nk.exe	119 K	46	4
filesys.exe	122 K	9	4
gwes.exe	508 K	724	7
device.exe	15 K	78	10
coredll.dll	122

この構成には、MinComm構成で示したDLLに加えて、ROMに次のDLLも含まれています。

モジュール	ROM（K）
fatfs.dll	54
prnport.dll	5
pcl.dll	24
atadisk.dll	9
sramdisk.dll	7
waveapi.dll	68
ole32.dll	150
oleaut32.dll	183
dhcp.dll	13
hwxusa.dll	86
netui.dll	19

ROM使用の表示

Microsoft Windows CE ROM Image Builderユーティリティ、Romimage.exeの出力を調べることによって、ファイルがどのようにROMに配置されているかを正確に参照することが可能です（本稿の数字は、Image Builderユーティリティのログファイルから得たものです）。

ファイルは、セクションに分けられROMに配置されています。このセクションは、Windows CE開発ツールによって次のように特徴づけられています。

セクション	説明
.text	コード
.rsrc	リソースデータ
.data	データ
.pdata	コードセクションの各関数のデバッグと例外処理情報
.CRT	特別セクション-C++構造体
.KDATA	特別セクション-カーネル（Nk.exe）にのみ存在

Romimageは、コマンドラインユーティリティです。典型的なRomimagセッションで出力される最初の数行は、プログラムのバナー、ページサイズ、MODULESセクションの始まりを表示します。

  
Windows CE ROM Image Builder  v1.0  Copyright Microsoft 1995.
Copying d:\WINCE\release\odo2bpp.dll to d:\WINCE\release\ddi.dll for debugger.
Copying d:\WINCE\release\odo2bpp.pdb to d:\WINCE\release\ddi.pdb for debugger.
Setting PageSize to 1024
DumpSymbols: pTOC found at 00000e50
MODULES Section
Module       Section  Start     Length  psize   vsize   Filler
------------ -------- --------- ------- ------- ------- ------
nk.exe       .text    8c600400h  116736  116736  116268
nk.exe       .pdata   8c61cc00h    4096    4096    3864
coredll.dll  .text    8c61dc00h  119808  119296  118987
coredll.dll  .rsrc    8c63b000h    1024    1024     528
...

MODULESセクションの最初のエントリ、Nk.exeは、サイズ116268 = 0x1c62cバイトです。実際のサイズは、次の1024バイトのページ境界、16736 = 0x1c800まで丸められ、ROMに格納されています。これは、付属ファイル用に利用可能な468バイトの穴を残します。同様に、Coredll.dllの.rsrcセクションを含んでいる最後のページの終りにある、アドレス0x8c63b210から496バイトの穴が利用できます。

すべての.text（コード）セクション配置後、Romimageは1ページより小さいデータセクションをこれらの穴に配置し始めます。たとえば、同じRomimageログは、MODULESの後半に次の情報を含みます。

  
Module       Section  Start     Length  psize   vsize   Filler
------------ -------- --------- ------- ------- ------- ------
...
coredll.dll  .data    8c61ca2ch       4       4     200 FILLER
coredll.dll  .pdata   8cb32800h    4868    4866    8064
filesys.exe  .data    8cb33b04h   12236   12234   21376
filesys.exe  .pdata   8cb36ad0h    2152    2149    2640
gwes.exe     .data    8cb37338h   10796   10794   17828
gwes.exe     .pdata   8cb39d64h   12456   12456   15768
device.exe   .data    8c61ca30h     213     213     276 FILLER
device.exe   .pdata   8c63b210h     341     341     424 FILLER
fatfs.dll    .data    8c659c84h     366     366     504 FILLER
fatfs.dll    .pdata   8cb3ce0ch    1324    1322    1624
shell.exe    .data    8cb3d338h    1608    1605    2864
shell.exe    .pdata   8c61cb05h     183     183     208 FILLER
...

Coredll.dllの最初の.dataセクションは4バイトで、最初の利用可能な穴、0x8c600400 + 0x1c62c = 0x8c61ca2cに配置されます。4バイト消費されるので、次の穴埋め開始アドレスは0x8c61ca30に移動し、穴が464バイトに縮小します。

1ページより小さい次の.dataセクションは、Device.exe用で、213 = 0xd5バイト必要です。これは、最初の穴の残容量以内に収まる程度に十分に小さいです。そこに配置され、アドレスは0x8c61cb05に変わり、穴は251バイトに縮小します。

  
device.exe   .data    8c61ca30h     213     213     276 FILLER

Device.exeの.pdateセクション、341バイトは、穴の残容量より大きいです。そのため、Coredll.dllリソースセクションの最後のページに続く0x8c63b210から始まるに別の穴に配置されます。

  
device.exe   .pdata   8c63b210h     341     341     424 FILLER

最初の穴の残容量251バイトより小さい次の.data または.pdataセクションは、デバックシェル、Shell.exeの.dataセクション、183バイトです。最初の穴において次に利用可能なアドレス0x8c61cb05に配置されます。

  
shell.exe    .pdata   8c61cb05h     183     183     208 FILLER

Romimageツールは、すべてのセクションが配置されるまでこれを続けます。使われなかった残りの穴も、レポートの一部として次のように表示されます。

  
Unfilled ROM Holes (Address,Length):
8c9cfbf8h       8 8caef3f8h       8 8cb253f8h       8 8cb2bff8h       8
8c769bf9h       7 8c8d4ffah       6 8c8f37fah       6 8c98dffah       6
8cb16ffah       6 8cb1d7fah       6 8cb327fah       6 8c61dbfbh       5
8c6e6ffbh       5 8c763ffbh       5 8c855ffbh       5 8c935bfbh       5
8c9877fbh       5 8c7537fch       4 8c765bfch       4 8c7bcffch       4
8c7d3bfch       4 8c80dbfch       4 8c82f3fch       4 8c8f27fch       4
8c938ffch       4 8c9c17fch       4 8c9e23fch       4 8ca6e7fch       4
8cacfbfch       4 8cb20bfch       4 8c61cbfdh       3 8c659ffdh       3
8c6e13fdh       3 8c6e23fdh       3 8c6e87fdh       3 8c6ee7fdh       3
8c63b3feh       2 8c74fffeh       2 8c785ffeh       2 8c7b8ffeh       2
8c7c23feh       2 8c9717feh       2 8c99d7feh       2 8cb09ffeh       2
8cb227feh       2 8c63afffh       1 8c65a3ffh       1 8c6ea7ffh       1
8c788fffh       1 8c793fffh       1 8c9727ffh       1 8c9a8bffh       1
8ca83bffh       1 8cacf7ffh       1 8cb047ffh       1 8cb0bfffh       1

実行形式とDLLのサイズと数は、構成によってそれぞれ異なるので、穴埋め部分を識別できるという機能は重要です。構成が異なれば、利用できる穴のサイズが変わり、必要なメモリの合計容量に影響するからです。

モジュールのROM使用量を求めるには、それぞれのモジュールについてRomimageユーティリティ出力に表示されるすべてのセクションの合計を算出します。ただし、穴に埋め込まれるセクションは除きます。穴埋めセクションは、利用可能な穴に挿入されるので、モジュールに必要なメモリを増やしません。

仮想メモリの表示

Memtoolユーティリティを使用して、仮想メモリのすべてのページを調べることができます。Memtoolは、各プロセスで利用できる32メガバイト（MB）スロットの完全なメモリマップを提供します。メモリマップは、コードとデータがROMまたはRAMにあるかどうかを示します。

またMemtoolは、現在のスタック使用のサマリも表示します。スタックの大きさは、必要に応じて拡大縮小して動的に変わります。表示されるスタックのサイズは、必要最大容量を示さないこともあります。これらは、Memtoolユーティリティによって調べられた時点でのスタックの状態を示します。

たとえば、Filesys.exeプロセスのメモリマップの最初の数行は、様々な使用の種類を示します。各シンボルは、メモリのページを表し、そのページがどのように使用されているかを示します。

  
Memory usage for Process 8c056d2c: 'filesys.exe' pid 1
Slot base 04000000  Section ptr 8cfe4c00
    04000000(1): ----------------------r-----------------------------------------
    04010000(0): -CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
    04020000(0): CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
    04030000(0): CCCCCCCCCCWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW---R
    04040000(0): -------------------------------------------------SSS----SSSS
    04050000(0): PPPPOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

ハイフン文字（-）は、ページが予約されていることを示します。小文字のrはRAMにあるデータを、大文字のCはROMにあるコードを、WはRAMの読み出し／書き込みデータを、RはROMのデータを、Sはスタックを、Pは（カーネルを通して割り当てられていないがGwesやデバイスドライバによってマップされている）周辺装置のメモリを、Oはオブジェクトストアを示します。これらのシンボルに加えて、小文字のcはRAMから実行されているコードを示します。

Memtoolユーティリティは、メモリマップに続いて、サマリ情報を表示します。PpshユーティリティのMIコマンドを似たような情報を表示できます。以下はその表示例です。

  
Memory usage for Process 8c036d2c: 'filesys.exe' pid 1
Slot base 04000000  Section ptr 8c5e7000
Page summary: code=207(0) data r/o=2 r/w=7 stack=1 reserved=13963

ページサマリの部分（Page summary）で、codeの横に表示されている値は、ROMのページ数を示します。かっこ内の数字は、RAMのページ数を示します。dataの部分は、それぞれ読み出し専用（r/o）と読み出し／書き込み（r/w）ページを示します。stackの横の値は、スタックによって使用されているページ数を示します。

他のマイクロプロセッサとプラットフォームの必要メモリに関する情報を得るには、ROM Image BuilderとPpshまたはMemtoolユーティリティの出力を調べてください。これらのユーティリティについての完全なドキュメントは、Microsoft Windows CE Embedded Toolkit for Visual C++(r) 5.0に含まれています。

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