（一）程序地址空间回顾

我们在学习C/C++语言的时候，大家可能都见过这样的空间布局图：

一个程序有哪些section：

如上图，从低地址到高地址，一个程序由代码段、数据段、 BSS 段组成。

1. 数据段：存放程序中已初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

2. 代码段：存放程序执行代码的一块内存区域。只读，代码段的头部还会包含一些只读的常数变量。

3. BSS 段：存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

4. 可执行程序在运行时又会多出两个区域：堆区和栈区。

堆区：动态申请内存用。堆从低地址向高地址增长。
栈区：存储局部变量、函数参数值。栈从高地址向低地址增长。是一块连续的空间。

5. 最后还有一个文件映射区，位于堆和栈之间

堆 heap ：由new分配的内存块，其释放由程序员控制（一个new对应一个delete）
栈 stack ：是那些编译器在需要时分配，在不需要时自动清除的存储区。存放局部变量、函数参数。
常量存储区 ：存放常量，不允许修改。

💨 程序启动的过程：

1. 操作系统首先创建相应的进程并分配私有的进程空间，然后操作系统的加载器负责把可执行文件的数据段和代码段映射到进程的虚拟内存空间中。

2. 加载器读入可执行程序的导入符号表，根据这些符号表可以查找出该可执行程序的所有依赖的动态链接库。

3. 加载器针对该程序的每一个动态链接库调用LoadLibrary

（1）查找对应的动态库文件，加载器为该动态链接库确定一个合适的基地址。
（2）加载器读取该动态链接库的导入符号表和导出符号表，比较应用程序要求的导入符号是否匹配该库的导出符号。
（3）针对该库的导入符号表，查找对应的依赖的动态链接库，如有跳转，则跳到3
（4）调用该动态链接库的初始化函数

4. 初始化应用程序的全局变量，对于全局对象自动调用构造函数。

5. 进入应用程序入口点函数开始执行。

以上便是关于程序地址空间的基本介绍。但是此时有个问题：

那就是对于上述那张内存布局图，大家认为它是“内存”吗？

带着上述问题，我将带着大家进入本期的学习。

（二）代码演示

具体代码如下：

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>

int g_value = 100; //全局变量

int main()
{
    pid_t id = fork();
    assert(id >= 0);
    if(id == 0)
    {
        //child
        while(1)
        {
      printf("我是子进程, 我的id是: %d, 我的父进程是: %d, g_value: %d, &g_value : %p\n",\
                   getpid(), getppid(), g_value, &g_value);
            sleep(1);
           
        }
    }
    else
    {
        //father
        while(1)
        {
        printf("我是父进程, 我的id是: %d, 我的父进程是: %d, g_value: %d, &g_value : %p\n",\
                    getpid(), getppid(), g_value, &g_value);
            sleep(1);
        }
    }
}

输出演示

【分析】

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，很好理解呀，因为子进程按照父进程为模版，父子并没有对变量进行进行任何修改。

紧接着将代码稍加改动:

输出演示

【分析】

我们发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！即子进程修改全局数据，并不影响父进程。（这是因为进程具有独立性，变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量）；

但是我们可以发现此时父子进程地址都是一样的。（说明：该地址绝对不是物理地址！在Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址）；

我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理

（三）进程地址空间的引入

接下来，我用一个例子帮助大家理解其中的概念。从而引入相应的进程地址空间。

【背景】

假设现在有一个升价10亿美元的大富翁，而他呢因为很有钱而且生性荡漾因此有很多的私生子在外面；
而四个私生子之间彼此并不知道对方的存在，他们都认为自己是大富翁的犊子；

【故事】

1、故事开始是这样的。有一天大富翁分别对这四个孩子说：孩子呀！你好好混在外面，等我老去的那一天我的财产都是你的。此时，在现在的我们理解来就是在四个孩子的脑海中 “画了一张饼” ；

2、这时，这四个孩子分别由于不同的原因而去求助大富翁的资金帮助。其中A，B，C这三个孩子因为都是奋发图强的好孩子，因此大富翁就都给他们了，但是D这个孩子一天不务正业，对大富翁说：“爸，我在社会上遇到点事，先给我5亿吧”。结果很明显，大富翁说：“你老子我再有钱也不是让你这么画的呀，一边去”。

注意：此时，四个孩子脑海中依旧有着大富翁对他们承诺。而我们把就把大富翁给四个孩子画的这张饼称作 “进程地址空间”。而我们弹的ABCD这四个孩子，我们则称作 “进程”。

3、此时假设大富翁其实不止有四个私生子，当等到他们相认的时候大富翁都对这些孩子承诺了一件事。此时问题来了，由于数量太多，我们要不要把“画的饼” 管理起来呢？

4、答案很容易理解当然是要的，因此类比到此饼的实质就是——》进程地址空间——》本质就是一个内核数据结构（struct mm_struct{}）

而对于（struct mm_struct{}），它里面大概以下这些内容：

而假设如果我们限定区域，例如【1000,2000】，那么这些区域之间的数据则叫做虚拟地址或者线性地址。

因此，现在我们很好的理解之前我们说的：对于堆取或者栈区的扩大，就相当于修改上图中的【start，end】。

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成进程地址空间，那该如何理解呢？

看图：

根据上图，我们就可以理解开始时的代码为什么父子进程地址都是一样的。

假设此时子进程要对进行修改，而父进程在读取时依旧是映射到刚才那个地址空间处吗？其实并不是这样，因为进程具有独立性，所以子进程对数据进行修改不会影响父进程，所以是通过虚拟地址经过页表找到它的物理内存，当他想修改时操作系统会告诉它“对不起，你不能对其进行修改” ，因此会在内存里面重新申请一块空间，把你要修改的数据赋值到新的地址空间之后在进行相应的操作。所以最终会看到父子进程的地址空间不一样。