进程地址空间（PAS）

news2024/12/28 2:56:34

"进程地址空间" = "虚拟地址空间" = "地址空间"；

"进程内存" ≠ "虚拟内存"；

32位系统虚拟地址空间为4GB，一般使用不完，用户和内核都使用不完；

前言：一个程序要执行，我们可以让他独享偌大的内存，它执行完了，再执行第二个程序....以此类推，总之，我们CPU找谁，我们就调谁进内存，但是存在两个问题：第一，一般程序没有那么大，实在是浪费硬件资源；第二：两个程序在硬盘与内存之间的切换实在是浪费时间，特别是磁盘，速度明显慢于内存；

我们可以让每个程序占用物理内存的一部分，我们划分好区域，但是存在安全问题：程序A对于B程序占用的空间由于运行错误，进行了错误的写操作，导致B程序运行错误。

那么现代OS是怎么做的？加了一层抽象：虚拟内存；

MMU（内存管理单元）负责虚拟地址->物理地址；

TLB则是为了加速翻译；

总之，有了它们俩，CPU可以通过虚拟地址找到物理地址；

其实我们平常代码中%p打印出来的这些全都是虚拟地址：

#include<unistd.h>
#include<iostream>

int global = 0;
int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id==0)
  {
    global = 190;
    std::cout<<"Child-> "<<&id<<" "<<&global<<" "<<global<<std::endl;
  }
  else{
    std::cout<<"father-> "<<&id<<" "<<&global<<" "<<global<<std::endl;
  }
  return 0;
}

执行结果：

father-> 0x7fff33094fec 0x601194 0
Child-> 0x7fff33094fec 0x601194 190

我们可以看到全局变量global初始值为0，父进程调用fork();系统调用创建子进程后，子进程对global做出了改变，打印出来确实也变了，但是地址竟然是一样的，同一块内存（如果是物理内存的话）不可能存在两种值；所以这个打印出来的地址是“假的”地址，是一种假象；

正是虚拟内存让程序各自拥有一个独立的空间（如下）：

你的代码中的值根据其属性，存在不同区域，OS会建立上图这个进程地址空间和物理内存之间的一个映射；对于global这个变量，虚拟地址映射的其实是同一块物理地址，如果你仅仅是去读取global的值，它们找的是同一个地方，但如果子进程要对这个区域执行写操作，就会触发一个缺页异常，然后OS会拷贝这个区域并重新建立新的映射，然后恢复执行你的代码去修改它，这样也有好处：如果你不写的话，两份代码共用了内存，节省了空间；