程序地址空间
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目录
1. 验证程序地址空间布局图
下面我们写段代码验证一下上图中的各数据地址什么从低到高以及堆栈地址相对增长
运行验证
根据运行结果我们可以知道我们的布局图是正确的
2. 虚拟地址空间
先演示一段代码看结果
从结果上可以发现父进程子进程的 g_val 的地址相同值却不同这不是很矛盾吗
我们从中得出以下结论
- 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
- 但地址值是一样的说明该地址绝对不是物理内存地址
- 在Linux地址下这种地址叫做 虚拟地址(线性地址).
- 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。OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址 。
什么是虚拟地址空间
地址空间是一种内核数据结构它里面至少要有各个区域的划分
每个进程都会创建一个独属于自己的虚拟地址空间和页表页表将虚拟地址与物理内存地址建立联系(映射关系)只要保证每一个进程的页表映射的是物理内存的不同区域就能做到进程间互不干扰实现进程的独立性。
3. 进程地址空间
现在我们就可以根据这张图很好的解释第2点演示代码中 g_val 地址相同值却不同的原因了。
解释子进程以父进程为模板所以子进程内虚拟地址空间的 g_val 的虚拟地址是一样的映射在物理内存中的位置也一样但是当子进程修改g_val值时会发生写时拷贝即子进程修改g_val值时页表会把物理内存中g_val的地址映射到不同于父进程中g_val地址的新地址(如上图所示)因此演示代码中g_val地址相同是指虚拟地址相同值不同其实是因为被映射到了不同的物理地址
4. 为什么要有虚拟地址空间
1. 有效保护物理内存
因为地址空间和页表是OS创建并维护的也就意味着想使用地址空间好页表进行映射就必须在OS监管下进行当有非法访问或者映射时OS会识别并终止这个进程这样就很好的保护了物理内存中所有的合法数据包括各个进程以及内核的相关有效数据。
2. 使内存管理模块和进程管理模块实现解耦合
因为有地址空间和页表的映射关系存在在物理内存中我们可以对未来的数据进行任意位置的加载物理内存的分配和进程的管理就可以做到没有关系从而实现 进程管理模块 和 内存管理模块的解耦合。
Tip:
实际上因为有地址空间的存在所以上层用户申请空间实际上是申请地址空间物理内存甚至可以一个字节都不分配而当你真正对物理内存进行访问的时候OS才会执行内存的相关管理算法帮你申请内存构建页表映射关系然后才让你进行内存的访问。这种延时分配的策略可以提高整机的效率使内存的有效使用几乎是100%的
3. 将内存分布有序化
因为在物理内存中理论上可以在任意位置进行加载因此物理内存中几乎所有的数据和代码在物理内存中都是乱序的。但是因为页表的存在可以将地址空间上的虚拟地址和物理地址进行映射那么在进程视角所有的内存分布都可以是有序的