Linux - 进程(一) 进程空间

                                     

程序段(Text):程序代码在内存中的映射，存放函数体的二进制代码。

初始化过的数据(Data):在程序运行初已经对变量进行初始化的数据。

未初始化过的数据(BSS):在程序运行初未对变量进行初始化的数据。

栈 (Stack):存储局部、临时变量，函数调用时，存储函数的返回指针，用于控制函数的调用和返回。在程序块开始时自动分配内存,结束时自动释放内存，其操作方式类似于数据结构中的栈。

堆 (Heap):存储动态内存分配,需要程序员手工分配,手工释放.注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式类似于链表。

    Linux使用两级保护机制：0级供内核使用，3级供用户程序使用，每个进程有各自的私有用户空间（0～3G），这个空间对系统中的其他进程是不可见的，最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。
    内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0x00000000），另外， 使用虚拟地址可以很好的保护 内核空间被用户空间破坏，虚拟地址到物理地址转换过程有操作系统和CPU共同完成(操作系统为CPU设置好页表，CPU通过MMU单元进行地址转换)。

                                           

      上图中蓝色区域表示映射到物理内存的虚拟地址，而白色区域表示未映射的部分。可以看出，Firefox使用了相当多的虚拟地址空间，因为它占用内存较多。

     进程地址空间中最顶部的段是栈，大多数编程语言将之用于存储函数参数和局部变量。调用一个方法或函数会将一个新的栈帧（stack frame）压入到栈中，这个栈帧会在函数返回时被清理掉。由于栈中数据严格的遵守FIFO的顺序，这个简单的设计意味着不必使用复杂的数据结构来追踪栈中的内容，只需要一个简单的指针指向栈的顶端即可，因此压栈（pushing）和退栈（popping）过程非常迅速、准确。进程中的每一个线程都有属于自己的栈。

      通过不断向栈中压入数据，超出其容量就会耗尽栈所对应的内存区域，这将触发一个页故障（page fault），而被Linux的expand_stack()处理，它会调用acct_stack_growth()来检查是否还有合适的地方用于栈的增长。如果栈的大小低于RLIMIT_STACK（通常为8MB），那么一般情况下栈会被加长，程序继续执行，感觉不到发生了什么事情。这是一种将栈扩展到所需大小的常规机制。然而，如果达到了最大栈空间的大小，就会栈溢出（stack overflow），程序收到一个段错误（segmentation fault）。

      你可以通过阅读文件/proc/pid_of_process/maps来检验一个Linux进程中的内存区域。记住：一个段可能包含许多区域。比如，每个内存映射文件在mmap段中都有属于自己的区域，动态库拥有类似BSS和数据段的额外区域。有时人们提到“数据段”，指的是全部的数据段+BSS+堆。

     你还可以通过nm和objdump命令来察看二进制镜像，打印其中的符号，它们的地址，段等信息。最后需要指出的是，前文描述的虚拟地址布局在linux中是一种“灵活布局”，而且作为默认方式已经有些年头了，它假设我们有值RLIMT_STACK。但是，当没有该值得限制时，Linux退回到“经典布局”，如下图所示：

C语言程序实例分析如下所示：

	 #include<stdio.h>  
	 #include <malloc.h>  
	   
	 void print(char *,int);  
	 int main()  
	{  
	      char *s1 = "abcde";  //"abcde"作为字符串常量存储在常量区 s1、s2、s5拥有相同的地址
	      char *s2 = "abcde";  
	      char s3[] = "abcd";  
	      long int *s4[100];  
	      char *s5 = "abcde";  
	      int a = 5;  
	      int b =6;//a,b在栈上，&a>&b地址反向增长  
	   
	     printf("variables address in main function: s1=%p  s2=%p s3=%p s4=%p s5=%p a=%p b=%p \n",   
	             s1,s2,s3,s4,s5,&a,&b); 
	     printf("variables address in processcall:n");  
         print("ddddddddd",5);//参数入栈从右至左进行,p先进栈,str后进 &p>&str  
	     printf("main=%p print=%p \n",main,print);  
	     //打印代码段中主函数和子函数的地址，编译时先编译的地址低，后编译的地址高main<print  
	 }  
 
	 void print(char *str,int p)  
	{  
	     char *s1 = "abcde";  //abcde在常量区，s1在栈上  
	     char *s2 = "abcde";  //abcde在常量区，s2在栈上 s2-s1=6可能等于0，编译器优化了相同的常量，只在内存保存一份  
	     //而&s1>&s2  
	     char s3[] = "abcdeee";//abcdeee在常量区，s3在栈上，数组保存的内容为abcdeee的一份拷贝  
	    long int *s4[100];  
	     char *s5 = "abcde";  
	     int a = 5;  
	     int b =6;  
	     int c;  
	     int d;           //a,b,c,d均在栈上，&a>&b>&c>&d地址反向增长  
	    char *q=str; 
	    int m=p;         
	    char *r=(char *)malloc(1);  
	    char *w=(char *)malloc(1) ;  // r<w 堆正向增长  
	  
	    printf("s1=%p s2=%p s3=%p s4=%p s5=%p a=%p b=%p c=%p d=%p str=%p q=%p p=%p m=%p r=%p w=%p \n",  
	            s1,s2,s3,s4,s5,&a,&b,&c,&d,&str,q,&p,&m,r,w); 
		/* 栈和堆是在程序运行时候动态分配的，局部变量均在栈上分配。
		    栈是反向增长的，地址递减；malloc等分配的内存空间在堆空间。堆是正向增长的，地址递增。  
			r,w变量在栈上(则&r>&w)，r,w所指内容在堆中(即r<w)。*/ 
	 }