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进程是在内存中运行的为了便于管理不同的数据会存储在不同的区域因此内存就被分为几部分如下图所示 而这些区域都存什么东西呢我们有下面一段程序
#includestdio.h2 #includestdlib.h3 4 int un_g_val;5 int g_val 2;6 7 8 int main(int argc, char* argv[], char* env[])9 {10 printf(adress: %p\n,main);11 printf(init: %p\n,g_val);12 printf(uninit: %p\n,un_g_val);13 char *p1 (char*)malloc(10);14 char *p2 (char*)malloc(10);15 char *p3 (char*)malloc(10); 16 17 printf(heap_p1: %p\n,p1); // 堆地址18 printf(heap_p2: %p\n,p2);19 printf(heap_p3: %p\n,p3);20 printf(stack_p1: %p\n,p1); //栈地址21 printf(stack_p2: %p\n,p2);22 printf(stack_p3: %p\n,p3);23 24 int i 0;25 for(i0;iargc;i)26 {27 printf(argv[%d]:%p\n,i,argv[i]);28 }29 30 for(i0;env[i];i)31 { 32 printf(env[%d]:%p\n,i,env[i]);33 } 34 return 0; }
这个程序打印了各种变量的地址印证了地址空间是确实存在的 我们再看这个代码能编过吗 11 //常量 12 hello world; 13 50; 14 xxxx; 可以编译过并且该东西是字符常量它会硬编码进代码因为代码也不可更改所以字符常量会在代码区。
虚拟地址空间
看下面一段代码该程序创建了一个子线程共享父进程的全局变量子进程会更改全局变量。 1 #includestdio.h2 #includestdlib.h3 #includeunistd.h4 int g_val 2;5 6 7 int main()8 {9 pid_t id fork();10 11 if(id 0)12 {13 //child14 int cnt 0;15 while(1)16 {17 printf(I am a child, pid_id:%d, ppid_id:%d , g_val:%d, g_val:%p\n,getpid(),getppid(), g_val,g_val);18 19 sleep(1);20 cnt;21 if(cnt5)22 {23 g_val 200;24 printf(child chamge g_val 2 - 200 success\n);25 }26 }27 }28 else29 { 30 //father31 while(1)32 {33 sleep(1);34 printf(I am a father, pid_id:%d, ppid_id:%d , g_val:%d, g_val:%p\n,getpid(),getppid(), g_val,g_val);35 }36 }
I am a child, pid_id:20414, ppid_id:20413 , g_val:2, g_val:0x60105c
I am a father, pid_id:20413, ppid_id:18692 , g_val:2, g_val:0x60105c
child chamge g_val 2 - 200 success
I am a child, pid_id:20414, ppid_id:20413 , g_val:200, g_val:0x60105c
I am a father, pid_id:20413, ppid_id:18692 , g_val:2, g_val:0x60105c
我们从运行的结果可以看出来子进程修改全局变量后子进程的值改变父进程的值没变但是全局变量的地址空间一样
为什么会产生这种情况呢 我们大胆猜测程序打印的地址一定不是物理地址因为同一地址不可能存储两个不一样的值 。因为打印出来的是虚拟地址
虚拟地址
每一个程序都有自己的虚拟地址空间就像PCB一样每一个程序都有一个属于自己的虚拟地址空间记录着各种数据的位置供操作系统使用。 如下图所示代码在准备执行时会编译成可执行程序此时程序里面即代码与代码是有地址的这个地址就是虚拟地址程序被加载到内存后
首先系统会创建PCBPCB会有一个指针指向程序虚拟内存根据虚拟内存的地址所对应的物理内存地址填充页表完成映射。 页表 页表的作用就是完成虚拟地址到物理地址的转换
下图是解释上面代码例子的虚拟空间问题子进程创建后获得父进程一模一样的地址空间当触发写时拷贝时才复制资源。这样会节省空间。
进程地址空间生命周期图解 程序被读进内存的过程 程序执行的流程
为什么要有地址空间呢
1.为了保护物理内存页表将各个进程隔离起来了。因为地址空间和页表是OS创建并且维护的意味着想要使用地址空间和页表映射必须在OS的监管之下进行访问。因此保证了进程之间的独立性互不影响。 因为有地址空间和页表的存在OS可以实现对未来的数据进行任意位置的加载只需根据页表即可找找到杂乱无章的数据。这样物理内存的分配和进程的管理就可以分开进行管理。内存管理模块和进程管理模块就完成了解耦合。 如果我申请了物理空间但是我不立马使用我会造成空间的浪费但是如果我在虚拟空间上申请当我没使用时也没有为我开物理空间 。当我使用时OS才帮我开辟空间这样可以保证内存的使用率是100%。 物理内存上的数据理论上可以在任意位置加载这会导致物理内存上的所有数据都是乱序的。但是有VA页表的存在我们可以方便的直接找到各种数据在进程的视角数据是那么的竟然有序因此可以将内存分布有序化
小结
OS的系统是深而庞杂的此文章只是浅显的谈论了以下内存空间的概念及其分布。更详细的内容还请读者自行查阅。
