🍊程式地址空間

行程地址空間圖

checkarea.c

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
    
int glo_val=0;    
int uninit_val;    
    
int main(int argc,char* argv[],char* env[])    
{    
  //代碼區    
  printf("code addr:%p\n\n",main);    
  //字符常量區    
  const char* p="hello world!";    
  printf("read only addr:%p\n\n",p);    
  //已初始化全域變數區    
  printf("glo_val addr:%p\n",&glo_val);    
  //未初始化全域變數區    
  printf("uninit addr:%p\n\n",&uninit_val);    
  //堆區    
  char* q=(char*)malloc(10);    
  printf("heap addr:%p\n\n",q);    
  //堆疊區    
  printf("stack addr:%p\n",&p);    
  printf("stack addr:%p\n\n",&q);    
  //命令列引數    
  printf("args addr:%p\n",argv[0]);    
  printf("args addr:%p\n\n",argv[argc-1]);    
  //環境變數    
  printf("env addr:%p\n\n",env[0]);    
    
  //測驗static修飾的變數在哪塊區域    
  static int a=0;    
  printf("static addr:%p\n\n",&a);                                                                                                                        
    return 0;
}    

運行：

將其與代碼一一對應起來：

🍈虛擬地址

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>      
   
int glo_val=0;    
 
int main()    
{    
  int ret=fork();    
  if(ret>0)    
  {    
  	//parent    
    while(1)    
    {    
      sleep(1);    
      printf("\n i am father::glo_val:%d, &glo_val:%p\n",glo_val,&glo_val);   
    }    
  }    
  else    
  {    
    //child    
    glo_val=100;    
    while(1)    
    {    
      sleep(1);                                                      
      printf("\n i am son::   glo_val:%d, &glo_val:%p\n",glo_val,&glo_val);   
    }    
  }    
  return 0;    
}

運行：

觀察運行結果，為什么兩個的地址一樣，但是值卻不同？？？

想直接知道結果，就可以直接拉到最后了

到這里引出虛擬記憶體，顯然同一塊空間不可能有兩個值，因為我們從學C語言起（沒學系統前）取到的地址都是虛擬地址，而不是真正的物理地址，我們在語言層面拿到的都是虛擬地址，

• 虛擬記憶體本質上也不過是結構體(mm_struct)（原始碼沒找到，建議Linux原始碼版本別下太高了，不好找😥），在mm_struct里規定了地址的起始，比如0x00000000到0x11111111這塊代表代碼區

• 假如記憶體是4G，每個行程都會以為自己擁有了4G的記憶體（虛擬）

  講個小故事幫助理解，一個身價十億的富豪，有十個私生子，他對每個私生子說：百年之后我把自己的所有財產都歸到你名下，私生子之間并不知道對方的存在，所以每個私生子都會以為自己擁有十億，私生子每次向自己的父親要錢父親都會給予回應

  再比如你把十萬存入銀行，你以為自己有的十萬，你每次要一兩萬都能到從中取出來，你以為你擁有十萬，但是你每次取得并不是原先的十萬，

  正如行程需要記憶體空間，他是覺得自己擁有全部記憶體的，

• 頁表就相當于一種映射關系

• 虛擬地址是靠作業系統提供的，虛擬記憶體與物理記憶體的轉化靠的是作業系統

• 行程地址空間不是記憶體，而是隨著行程一直存在（因為本身就只是C語言模擬出來的程式而已)

🍈四個問題

🥝行程地址空間究竟是什么？

• 行程地址空間本質上是行程看待記憶體的方式，在Linux原始碼里虛擬記憶體與兩個結構體的實作密切相關（其中一個就是mm_struct),地址空間也是被抽象出來的一個概念

• 區域劃分的本質（堆疊 代碼區之類的劃分）本質上是將線性的地址空間劃分為一塊一塊的，或者說給線性的地址空間加上邊界（舉個例子，假設代碼區[0x00000000,0x11111111]）

• 虛擬地址的本質：在這個區域之間的地址就叫虛擬地址

• 行程地址空間在行程的生命周期內一直存在

🥝為什么要存在虛擬地址空間？

• 保護物理記憶體

  沒有虛擬記憶體，直接操作物理記憶體的話，來一個惡意程式那物理記憶體容易受到打擊

• 讓記憶體管理和行程管理解耦（沒有那么緊密相關）

  作業系統的主要功能：

  行程管理

  記憶體管理

  檔案管理

  設備管理

  理解管理可以看看專欄前面的筆記

• 讓每個行程都可以以一樣的方式來看待代碼和資料（確定了一種方式）

🥝行程地址空間的分布？

🥝地址空間和物理記憶體之間的關系？（淺談）

虛擬地址和物理地址之間通過頁表完成映射關系

我還沒學完，所以只有一點，以后還會提到這個問題

🍈地址相同內容不同問題詳解

圖片版：

簡而言之：虛擬地址一樣，不代表在物理記憶體的地址一樣

文字版：fork()函式創建了子行程，子行程的PCB（task_struct）里的資訊大多數與父行程一樣，而glo_val=100后改變了資料，資料改變后就得拷貝一份新的資料（寫時拷貝）,新的資料自然有新的地址，也即子行程通過頁表映射的地址改變了，所以訪問新的資料自然是100，而虛擬地址一樣，只是看起來一樣而已，并不能代表物理記憶體是同一塊

🍈行程與程式的區別？

• 行程是動態的，程式是靜態的

• 行程具有并發性，程式沒有

• 行程是暫時的（運行完就沒了），程式一直在

• 行程會競爭CPU資源，程式不會

• 行程與程式的組成不同，行程包括程式、資料和PCB（行程控制塊）

隨筆記錄：頁表有幫助系統進行合法性檢測的作用（比如地址越界）

語言層面是看到的都叫虛擬地址

指標越界可能影響行程獨立性

虛擬地址的線性功能利于尋址

可執行程式本身就被劃分為一個一個的區域，利于鏈接之類的操作

🍈小技巧：塊注釋（hjkl)

vim打開檔案 -> ctrl+v進入visual block模式 -> 用hjkl來操作游標（不能用上下左右方向鍵）-> 選中注釋行 -> 輸入大寫的i (I) 進入插入模式 -> 輸入//(在插入模式下) -> 按下ESC

就可以發現選中行都注釋了

演示程序：