【Linux进程】——进程的程序地址空间

前言

1.程序地址空间

1.1区域划分

1.2程序地址空间的本质

1.3程序地址空间分配原则

2.数据寻找

2.1补充：进程挂起

结语

前言

在Linux系统的神秘世界里，进程就像是一个个小工匠，各自忙碌地完成着不同的任务。你是否想过，每个进程在自己的“工作空间”——程序地址空间里，是如何有条不紊地管理数据、代码和各种资源的呢？这就如同每个人有自己的房间，里面摆放着不同的东西，每一个角落都有其特定的用途。对于想要深入了解Linux系统运行机制的朋友来说，探究进程的程序地址空间就像是拿到了一把打开理解操作系统内部奥秘的钥匙。今天，就让我们一起踏入这个充满趣味和挑战的领域，揭开Linux进程程序地址空间的神秘面纱。

1.程序地址空间

当一个程序开始运行，它的代码和数据都会被拷贝一份，放在内存空间中

那么这些代码和数据，具体在内存空间的哪里呢？——在程序地址空间当中

程序地址空间是操作系统在进程被创建后，为进程分配的一处内存空间，进程的代码和数据都将放在这一处内存空间上。

但实际上，这处内存空间，并不真实存在，是操作系统在画饼

幽默点讲，当进程被创建的时候，操作系统大手一挥，对这个新进程说道:"你是新人，这片内存空间是我给你的，足足有16个GB，你随便用！"

16个GB？可能吗？显然是不可能的。

操作系统为了节省空间，一开始给进程分配的内存空间并不真实存在，而是虚拟的

既然是虚拟的，为什么还是要这样分配？

这是在告诉进程，你最多可以拥有16GB，但我不会真正给你这么多！

操作系统对进程的内存分配，采用 需要就给 的策略

进程什么时候需要内存，操作系统什么时候给，而不是一开始就给一个固定的内存。

因为进程在运行期间，需要多少内存，操作系统也不清楚，这种需要就给的策略，且满足了进程的需求，又不会让内存被浪费，碎片化。

举个例子：顶级富豪与私生子

有个顶级富豪，他资产过亿，有四个私生子

四个私生子都不知道彼此的存在，富豪分别找到他们

对他们说:"我是你的亲生父亲，我有十个亿，你是我唯一的继承人，将来这些都是你的!"

在这四个私生子眼中，他们就知道自己最大的财富将会达到十个亿

其中一个私生子对富豪说:“我现在有点困难,你能救济一下我吗？给我XX”

这个XX,会是十个亿吗？

如果是，富豪也不会满足的，因为他只有十个亿，他不可能满足如此荒唐的要求，但给个几十万还是小意思。

在这个例子中，富豪相当于操作系统，四个私生子相当于进程们。

富豪给私生子画饼，就是操作系统给进程分配程序地址空间
富豪满足私生子的要求，就是操作系统在不断给进程分配真实空间

操作系统会对每个进程说，有多少内存，但真正给起来，是挤牙膏一样地给

操作系统这种 需要则给 的内存分配策略，是为了防止内存被浪费，碎片化

1.1区域划分

操作系统给进程的程序地址空间，一般长这样

我们可以清晰地看到，这个空间是被划分了几个区域，分为堆、栈、代码区等，不同的数据将存储在不同的区域当中，互不干扰

为什么要划分？

区域划分是为了保护进程数据安全

如代码是只能读，不能写的，为了保证百分百的代码安全，操作系统就会将其保护起来，不允许进程修改，同样，对待其他的区域初衷也是如此

1.2程序地址空间的本质

内存中，会有很多进程，也就会有很多程序地址空间

面对数量庞大的程序地址空间，操作系统如何管理——先描述，再组组织

先描述：操作系统会为每一个进程的程序地址空间都创建一个结构体对象
再组织：将这些结构体对象通过某种数据结构集合在一起，或者直接与进程的PCB建立映射

程序地址空间的本质，也不过只是一个内核数据结构罢了

struct mm_struct {
unsigned long code_start; // 代码区起始地址
unsigned long code_end; // 代码区结束地址
unsigned long init_start; // 初始化区起始地址
unsigned long init_end; // 初始化区结束地址
unsigned long uninit_start; // 未初始化区起始地址
unsigned long uninit_end; // 未初始化区结束地址
unsigned long heap_start; // 堆区起始地址
unsigned long heap_end; // 堆区结束地址
unsigned long stack_start; // 栈区起始地址
unsigned long stack_end; // 栈区结束地址
};