進(jìn)程的虛擬內(nèi)存布局是怎樣的？

作者：王小智 2023-10-18 13:25:00

操作系統(tǒng)為了防止多進(jìn)程運(yùn)行時(shí)造成的內(nèi)存地址沖突，引入了虛擬內(nèi)存地址，為每個(gè)進(jìn)程提供了一個(gè)獨(dú)立的虛擬內(nèi)存空間，使得進(jìn)程以為自己獨(dú)占全部?jī)?nèi)存資源。

在32位系統(tǒng)上，進(jìn)程擁有4GB虛擬內(nèi)存空間，在64位系統(tǒng)上，則可以擁有256T虛擬內(nèi)存空間。在進(jìn)程整個(gè)虛擬內(nèi)存空間中，又可以分為內(nèi)核空間和用戶(hù)空間兩部分。32 位系統(tǒng)的內(nèi)核空間占用 1G，位于最高處，剩下的 3G 是用戶(hù)空間。64 位系統(tǒng)只使用了低 48 位，內(nèi)核空間和用戶(hù)空間都是 128T，分別占據(jù)整個(gè)內(nèi)存空間的最高和最低處，剩下的中間部分是未定義的。

進(jìn)程在用戶(hù)態(tài)時(shí)，只能訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)空間內(nèi)存；只有進(jìn)入內(nèi)核態(tài)后，才可以訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核空間內(nèi)存。雖然每個(gè)進(jìn)程的地址空間都包含了內(nèi)核空間，但這些內(nèi)核空間，其實(shí)關(guān)聯(lián)的都是相同的物理內(nèi)存。這樣，進(jìn)程切換到內(nèi)核態(tài)后，就可以很方便地訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核空間內(nèi)存。

對(duì)于進(jìn)程虛擬內(nèi)存的用戶(hù)空間，從低往高，我們又可以分六個(gè)不同的內(nèi)存段。

1.代碼段

代碼段用來(lái)存放程序執(zhí)行代碼，也可能包含一些只讀的常量。這塊區(qū)域的大小在程序運(yùn)行時(shí)就已經(jīng)確定，并且為了防止代碼和常量遭到修改，代碼段被設(shè)置為只讀。

2.數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段用來(lái)存放程序中已初始化全局變量與靜態(tài)變量。

3.BSS 段

BSS段用來(lái)存放程序中未初始化的全局變量和靜態(tài)變量。

4.堆

堆是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配區(qū)域，用來(lái)存放動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存，堆內(nèi)存由用戶(hù)申請(qǐng)分配和釋放，從低地址向高地址增長(zhǎng)。

5.文件映射段

文件映射段也叫共享區(qū)，主要包括共享內(nèi)存、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等共享資源，從低地址向高地址增長(zhǎng)。

6.棧

棧用來(lái)存放程序中臨時(shí)創(chuàng)建的局部變量，如函數(shù)的參數(shù)、內(nèi)部變量等。每當(dāng)一個(gè)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，就會(huì)將參數(shù)壓入進(jìn)程調(diào)用棧中，調(diào)用結(jié)束后返回值也會(huì)被放回棧中。同時(shí)，每調(diào)用一次函數(shù)就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的棧，所以在遞歸較深時(shí)容易導(dǎo)致棧溢出。棧內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放由編譯器自動(dòng)完成，并且棧容量由系統(tǒng)預(yù)先定義。棧從高地址向低地址增長(zhǎng)。