Linux 进程地址空间

进程地址空间

C/C++对空间的划分

• 这个图中展示的内容是在内存吗？ > 我们称这个区域为地址空间。

图示

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>int val_1;//未初始化全局变量int val_2=100;//已初始化全局变量intmain(){printf("code address: %p\n",main);//代码区constchar*str="hello world";//字符常量区printf("str address: %p\n",str);//为什么是str，str就是保存的字符串常量的起始地址。printf("val_2 address: %p\n",&val_2);printf("val_1 address: %p\n",&val_1);char* mem=(char*)malloc(100);//堆区printf("heap address: %p\n",mem);printf("stack address: %p\n",&str);//栈区，局部变量在栈区}

• 栈区的地址是向下增长，堆区的地址是向上增长。堆栈相对而升。
• static 修饰的变量> 为什么用 static 修饰的变量，就不会随着函数调用而被释放？> 因为 static 修饰的局部变量，在编译时已经被编译到全局数据区了，所以才不会被释放。
• 结论> 如果变量的地址是物理地址，不可能存在父子进程访问的变量地址相同但是值不同的现象。出现这样的现象称为线性地址或者虚拟地址。所以平时写得 C/C++用的指针，指针里面的地址，绝对都不是物理地址，而是称为虚拟地址。

地址空间

一个可执行程序有代码和数据两部分,还会创建进程地址空间。每一个进程都有进程地址空间。

地址空间的概念

概念：所谓的进程地址空间，本质是一个描述进程可视范围的大小。地址空间内一定要存在各种区域划分，对线性地址进行 start 和 end 划分即可。地址空间本质是内核的一个数据结构对象，类似 PCB 一样，地址空间也是要被操作系统管理的：先描述，再组织。

主要组成部分

• 页表 K(键) V(值) 结构 键值为虚拟地址，值为物理地址> 当程序运行时，就会根据页表中的虚拟地址来找到对应的物理地址。
• 写时拷贝的本质：> 重新开辟空间，但是在这个过程中，左侧的虚拟地址是不变的，不影响虚拟地址；而是在物理内存中开辟了新空间，将更改的信息存储到这个空间中。所以就出现了虚拟地址相同而值不同的现象。

常见细节问题

• 总线> CPU 与内存之间的线称为：系统总线> 内存和外设之间的线称为：IO 总线> 在 32 为计算机中，有 32 位的地址和数据总线。每一根总线只有 0，1 的概念。一共有 2^32 种状态。2^32*1byte=4GB，所以一个 32 位系统最多能装载 4GB 的内存空间。
• 地址空间究竟是什么？- 什么叫做地址空间？> 地址总线排列组合形成的地址范围[0,2^32),- 如何理解地址空间上的区域划分？
• 为什么要有进程地址空间？> > - 1. 让所有进程以统一的视角看待内存结构> - 1. 增加进程虚拟地址空间，可以让我们访问的内存的时候，增加一个转换的过程，在这个转换的过程中，可以对我们的寻址请求进行审查，所以一旦异常访问，我们直接拦截，该请求不会到达物理内存，保护物理内存。> - 1. 因为有地址空间和页表的存在，可以将进程管理模块和内存管理模块进行解耦合。
• 页表结构是一个映射表。cr3 寄存器保存的是页表的起始地址(物理地址)，这个地址是物理地址。
• 怎么知道进程的代码数据在不在内存？> 操作系统对大文件可以实现分批加载
• 惰性加载> 操作系统对进程的加载策略为惰性加载的方式，
• 缺页中断> 在页表中有一列为对应的代码和数据是否已经被加载到内存,如果显示不在，操作系统会触发缺页中断，操作系统会重新申请内存。(写时拷贝就是一种缺页中断)
• 进程被创建的时候，是先创建内核数据结构呢？还是先加载对应的可执行程序呢？> 先创建内核数据结构。