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【linux】程序地址空间

news 2025/6/28 11:31:38

一、前言

二、进程地址空间

三、扩展

四、总结

一、前言

我们在学习C/C++的时候或多或少都会提到关于内存分布的相关知识，例如静态成员变量存放在静态区，局部变量存放在栈区等等，那么这些空间是怎么进行排布的呢？我们在运行程序时是直接根据数据在内存的地址来调用的吗？

二、进程地址空间

程序地址空间也可以叫做进程地址空间，因为程序运行起来就是一个进程。

先来看一张空间布局图

这是我们平时为了更好理解而虚构出来的空间布局，实际上这些数据和代码并不是按照这种排布在内存中的，下面会说明为什么。

我们先来看一段代码，并理解运行结果为什么是这样。

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<sys/types.h>    
int val = 100;    
int main()    
{    pid_t id = fork();    if(id==0)    {  //子进程  sleep(1);    val+=5; //修改val                                                                                                                                                                     printf("child:pid %d val=%d addr=%p\n",getpid(),val,&val);    }    else    {    //父进程sleep(1);    printf("father:pid %d val=%d addr=%p\n",getpid(),val,&val);    }    return 0;    
}

1.还可以发现他们之间val的地址是相同的，为什么会有这种现象呢？

首先这个地址肯定不是物理地址，如果是物理地址的话，指向相同空间，一方改变另一方也会发生改变。

在linux下这种地址被称为虚拟地址，并且我们写的C/C++程序中的地址也是虚拟地址，也就是说系统会根据虚拟地址进而转换位物理地址对数据进行访问，有一张对应虚拟地址与物理地址一一对应的表，在操作系统中这个表被称为页表。

为什么父进程与子进程的val的地址相同，因为创建的子进程会将父进程的代码和数据进行拷贝，当然也就把地址啥的都拷贝下来了，类似于浅拷贝，所以我们看到的地址是虚拟地址并且相同。

2.通过观察可以发现变量val在子进程中已经被改变了但是父进程中val的值未被改变。

每个进程都会有自己独立的虚拟地址空间，也有自己对应的页表。

我们上面讲的进程地址空间其实就是虚拟地址空间，是操作系统为了更好的管理并排列好每个区域的数据（例如常量在常量区等等）。使用虚拟地址就能够更好的进行区域划分，那么操作系统是怎么进行区域划分的呢？

在操作系统的task_struct中会维护着指向mm_struct的指针，而mm_struct就是进行虚拟地址空间区域划分（管理）的。

在mm_struct中定义的各个区域的范围，通过更改这些变量就可以对区域进行划分和修改。
    unsigned long total_vm, locked_vm, shared_vm, exec_vm;unsigned long stack_vm, reserved_vm, def_flags, nr_ptes;unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;unsigned long start_brk, brk, start_stack;unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
在mm_struct中还存在着

这个是用来管理每个区域的，例如管理栈区的地址范围，相当于是一个别墅的管家。

这个时候我们再来解释为什么子进程与父进程的的val互不影响。

我们知道进程之间是相互独立的，当某个进程对数据进行改变时就会发生写实拷贝，写时拷贝的触发条件就是当某个进程对数据进行修改时。

写实拷贝的过程：

所以我们看到的现象就是这样形成的。