linux----进程地址空间

news2024/9/21 16:18:02

前言

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、空间分布

二、栈和堆的特点

（1）栈堆相对而生，堆是向上增长的，栈是向下增长的。

验证：堆是向上增长的

这里我们看到申请的堆，依次进行申请，堆的地址是向上增长的。

栈：向下增长（32位机器和64位机器）

验证：

这里为什么说要32位机器。对64位机器来说，栈是向下增长的，这个说法也许是不正确的。

至于为什么，这个为什么？64位对内存的分布进行了改进。下面打印的结果和32位地址结果相反

三.物理内存和虚拟内存

上面我们提到内存的空间分布是真实的物理内存吗？

我们创建子进程，父子进程代码共享，当一方发生写入时，就会发生写实拷贝，父子进程数据独立。

这里我们发现，父子进程打印的值是不同的，这里我们可以理解，但是地址为什么是一样的，一个内存地址一样，值不一样，说明这个不是真正的物理内存，这个是虚拟地址。

1.地址空间和区域划分

我们知道地址空间的大小是4GB，操作系统将这个4GB根据每个进程的需要进行分配，每个进程都对所分配的空间独立使用权，比如栈，堆中的一部分。地址空间就是大蛋糕，区域划分就是分蛋糕，分配的对象就是进程。

操作系统要对进程地址空间进行管理，在linux中地址空间就是一个内核数据结构：struc mm_struct{}。进程的task_struct里有个指针，指向这个struct mm_struct{}.

这个里面描述了，可以使用的地址空间的范围。起始地址和结束地址之间的都是可以被使用的区域。

虚拟地址如何转换为物理内存？通过页表进行映射，这个过程是操作系统帮我们做的。

2.为什么要有虚拟地址空间

1.可以让申请的物理内存分布，通过虚拟地址让无序变为有序。

2.可以有效的进行安全检查，页表中其实还有权限字段，规定了数据是否可读可写。字符常量区权限就是只读，如果发生修改的转化，编译器识别到就会显示错误。

3.将进程管理和内存管理进行解耦。

内存管理是操作系统帮我们做的，申请内存（分配），填充数据或者加载程序（是否有内容）。一个进程如果要对物理内存进行访问，首先要通过虚拟地址，在cpu中寄存器CR3中存储者页表的物理地址，硬件MMU进行虚拟到物理转化的过程中，先要通过页表字段查看内存是否分配和内存是否有内容，没内容或者被分配，这个进程就会被停止访问内存，将操作权限转交给操作系统，这时操作系统就会进行内存的分配和填充数据或者程序，将虚拟内存映射到分配的物理内存，这个过程也叫缺页中断，分配填充完，进程就可以继续访问。进程不参与内存管理，操作系统管理内存分配。

总结：一个进程有自己的页表，自己的空间地址，有自己的task_struct.进程的独立性通过页表的虚拟地址映射物理地址来体现。进程的切换也是不影响其他进程，因为进程的上下文数据在切换时就会被进程带走包括寄存器的内容，等到进程重新被调度，恢复上下文数据包括寄存器中的进程原来的内容。