Linux進(jìn)程概念4程序地址空間-創(chuàng)新互聯(lián)

一. 程序地址空間

此時(shí)我們的研究是在kernel 2.6.32和32位平臺(tái)進(jìn)行說明

成都創(chuàng)新互聯(lián)成立與2013年，是專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)公司，擁有項(xiàng)目成都網(wǎng)站建設(shè)、成都網(wǎng)站設(shè)計(jì)網(wǎng)站策劃，項(xiàng)目實(shí)施與項(xiàng)目整合能力。我們以讓每一個(gè)夢(mèng)想脫穎而出為使命，1280元克什克騰做網(wǎng)站,已為上家服務(wù),為克什克騰各地企業(yè)和個(gè)人服務(wù),聯(lián)系電話:189820811081. 程序地址空間圖

我們?cè)趯W(xué)習(xí)C/C++時(shí)候,應(yīng)該學(xué)習(xí)過內(nèi)存布局,以及了解各種變量的存儲(chǔ)位置,例如局部變量存儲(chǔ)在棧區(qū),動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)容在堆區(qū),全局變量,常量等在數(shù)據(jù)常量區(qū),如果用一張圖來表示,如下:

已初始化區(qū)和未初始化區(qū)指全局變量

我們可以用代碼來進(jìn)行驗(yàn)證一下

#include#includeint g_unval;
int g_val = 100;
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{printf("代碼區(qū)地址          :  %p\n",main);
    const char* p = "hello world!";
    printf("字符常量區(qū)地址      :  %p\n",p);
    printf("已初始化全局區(qū)地址  :  %p\n",&g_val);
    printf("未初始化全局區(qū)地址  :  %p\n",&g_unval);
    char* q0 = (char*)malloc(10);
    char* q1 = (char*)malloc(10);
    char* q2 = (char*)malloc(10);
    char* q3 = (char*)malloc(10);
    char* q4 = (char*)malloc(10);
    printf("堆區(qū)地址            :  %p\n",q0);
    printf("堆區(qū)地址            :  %p\n",q1);
    printf("堆區(qū)地址            :  %p\n",q2);
    printf("堆區(qū)地址            :  %p\n",q3);
    printf("堆區(qū)地址            :  %p\n",q4);
    printf("棧區(qū)地址            :  %p\n",&q0);
    printf("棧區(qū)地址            :  %p\n",&q1);
    printf("棧區(qū)地址            :  %p\n",&q2);
    printf("棧區(qū)地址            :  %p\n",&q3);
    printf("棧區(qū)地址            :  %p\n",&q4);
    printf("第一個(gè)命令行地址    :  %p\n",argv[0]);
    printf("最后一個(gè)命令行地址  :  %p\n",argv[argc-1]);
    printf("環(huán)境變量地址        :  %p\n",env[0]);
    return 0;
}

根據(jù)運(yùn)行結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從代碼區(qū)開始到環(huán)境變量區(qū)，按照地址類型都是逐漸增大的，堆區(qū)向上生長(zhǎng)，地址增大。棧區(qū)向下生長(zhǎng)，地址減小

那么該程序地址空間圖就是我們的內(nèi)存空間嗎，不是，我們可以證明以下：

當(dāng)我們用fork創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程時(shí)，在程序中設(shè)置一個(gè)全局變量val=100
當(dāng)我們分別用父子進(jìn)程訪問該全局變量時(shí)，在子進(jìn)程中將該全局變量的值改為100
而我們?cè)儆酶高M(jìn)程打印時(shí)，發(fā)現(xiàn)父進(jìn)程打印的值還為100
并且父子進(jìn)程打印該全局變量的地址都是一樣的

所以父子進(jìn)程訪問的地址，絕對(duì)被保存到了不同的物理內(nèi)存中

所以進(jìn)程地址空間是內(nèi)存嗎？

進(jìn)程地址空間不是內(nèi)存，由上一步可知，內(nèi)存中同一個(gè)地址的值，不可能被不同的進(jìn)程讀取，來表現(xiàn)出不同的值
所以進(jìn)程地址空間絕對(duì)不是物理內(nèi)存，我們?cè)谡Z言上打印出來的地址，其實(shí)都叫做“虛擬地址”。

**深入理解
父子進(jìn)程只能看到進(jìn)程地址空間的虛擬內(nèi)存
子進(jìn)程會(huì)拷貝一份父進(jìn)程的虛擬地址
也就是說：一個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一份進(jìn)程地址空間。有多少個(gè)進(jìn)程就有多少個(gè)進(jìn)程地址空間。

由上圖可知，父子進(jìn)程雖然虛擬地址一樣，但其實(shí)子進(jìn)程修改其值后，它兩虛擬地址存儲(chǔ)在物理內(nèi)存中的地址將不一樣。所以他們虛擬地址相同，但物理內(nèi)存映射到不同地方

地址空間，是對(duì)物理內(nèi)存的一種虛擬化表示，虛擬空間最后一定要以某種方式轉(zhuǎn)化到物理內(nèi)存

二. 物理內(nèi)存

進(jìn)程=管理維護(hù)進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+進(jìn)程代碼數(shù)據(jù)
所以物理內(nèi)存中存儲(chǔ)了進(jìn)程實(shí)際是存儲(chǔ)了管理維護(hù)進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)程代碼數(shù)據(jù)

1.假設(shè)沒有虛擬地址空間

如果沒有地址空間，我們進(jìn)程訪問的地址都是物理地址
此時(shí)會(huì)有很多問題。如：

• 一個(gè)進(jìn)程的數(shù)據(jù)存放的內(nèi)存位置是不連續(xù)的。訪問特別不方便
• 增加了異常越界的概率。我們的指針容易寫壞別人的空間和數(shù)據(jù)

頁表中存儲(chǔ)的是虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射關(guān)系

盡管在內(nèi)存中val1，val2兩個(gè)不連續(xù)，但在虛擬地址中申請(qǐng)的為連續(xù)空間，通過映射關(guān)系將其與內(nèi)存關(guān)聯(lián)。
這個(gè)映射、關(guān)聯(lián)由OS管理

這個(gè)時(shí)候從用戶管理內(nèi)存變?yōu)橛蒓S管理內(nèi)存，OS可以更好防止上面兩個(gè)問題

總：

• 地址空間，通過虛擬內(nèi)存，將空間連續(xù)化處理了
• 偽造的虛擬地址，可能并沒有在該表存在。OS會(huì)幫我們終止，就沒有寫入內(nèi)存
• 在頁表中，一個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)有讀寫兩個(gè)權(quán)限。
• 頁表管理映射關(guān)系

為什么要存在虛擬地址空間？

1.地址空間，通過虛擬內(nèi)存，將空間連續(xù)化處理了
2.保護(hù)內(nèi)存

系統(tǒng)中存在多個(gè)地址空間，需要被管理起來

2. 進(jìn)程地址空間 什么是進(jìn)程地址空間

地址空間本質(zhì)是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來描述進(jìn)程所占有資源的一張表

struct mm_struct{......
}

我們每創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，便會(huì)創(chuàng)建一個(gè)mm_struct
在task_struct中有一部分空間指向進(jìn)程地址空間
所以O(shè)S在管理進(jìn)程時(shí)，同時(shí)也要將mm_struct組織與管理起來

地址空間如何工作？

• 地址空間展現(xiàn)給用戶的是一張?zhí)摂M地址表，當(dāng)進(jìn)程訪問虛擬內(nèi)存地址是，都需要通過頁表轉(zhuǎn)換去物理內(nèi)存中拿到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和代碼
• 申請(qǐng)空間的本質(zhì)：向內(nèi)存索要空間，得到物理地址，然后在特定區(qū)域中申請(qǐng)沒有使用的虛擬地址，建立映射關(guān)系，返回虛擬地址即可

注：

• 物理地址用戶都看不到，由OS管理
• 用戶編寫的程序一般只映射到物理內(nèi)存地址中的用戶區(qū)，他們之間映射關(guān)系的頁表，稱之為用戶級(jí)頁表。還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)映射到物理內(nèi)存地址中的內(nèi)核中，我們稱之為內(nèi)核級(jí)頁表
• 計(jì)算機(jī)中的硬件mmu（內(nèi)存管理單元），用于虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換不用跑CPU了，因該硬件幫做，提高效率

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