进程地址空间的理解

目录

进程地址空间的排布

静态分布

动态开辟

static修饰的变量

进程地址空间

为何说进程地址是虚拟的？

如何划分区域？

通过页表和物理内存建立联系

虚拟地址如何形成？

分析为何一个地址两个不同变量？

为什么要有虚拟地址？

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进程地址空间的排布

操作系统中的地址排布如下：

静态分布

用代码来查看内存的静态分布：

动态开辟

堆开辟空间是由下到上开辟

栈开辟空间是由上到下开辟

代码验证：

static修饰的变量

被static修饰的变量，作用域不变，生命周期改变--相当于一个全局变量的生命周期， 是一个定义在函数中的全局变量：

进程地址空间

进程地址空间是什么，和之前的地址空间有什么不同吗？

以前定义变量、代码调试等操作，以为自己在监视窗口中看到的空间就是物理空间，其实是不准确的；我们以前认为的，其实不是物理地址，而是虚拟地址--进程地址空间。

为何说进程地址是虚拟的？

因为它可以实现同一个地址，存储的值不同！！！如下：

 当父子其中一个进程中修改了全局变量的值后：

如果我们这里获取到的是物理地址空间，那么是不可能存在一个相同的地址存储了不同的值

进程是具有独立性的，当全局变量未修改时，父子进程共享同一段物理内存；

修改后，虚拟地址相同，但是获取到的值不同，那么一定是有两份物理内存来分别存储不同值，只是虚拟地址相同罢了。

如何划分区域？

在 mm_struct 这个结构体中，还存有一些结构体的指针，这些结构体中定义了每个区域的开始 start 和结束 end；由此堆进程地址空间进行了区域划分。

通过页表和物理内存建立联系

虚拟地址如何形成？

在程序在磁盘上要加载到内存形成进程，文件编译时(按照0000~FFFF进行编址)，就会在磁盘中生成逻辑地址（相对地址），加载到内存中时，会以统一的标准：对逻辑地址进行一定的偏移，生成虚拟地址

不同区域的虚拟地址连起来组成了进程地址空间，进程的 task_struct 中 mm_struct 指向它。

由此我们可以知道程序编译后，没有加载到内存时，就已经有地址和区域了，加载只是将所有地址进行了二次加工变成虚拟地址而已。

分析为何一个地址两个不同变量？

进程具有独立性，代码共享数据独立。那么数据是如何独立？子进程会继承父进程 task_struct 大部分数据，包括 mm_struct 以及页表：

当在子进程下数据发生改变后，页表左侧的虚拟地址不改变，但与之对应的右侧物理地址发生改变，系统为确保数据的独立，分配新的物理内存给子进程

因此我们得到的地址是没有改变的虚拟地址，因为进程的独立性，页表也独立，虚拟地址不变，但是各自的页表上虚拟地址对应的物理地址不同。

上图所示的这中情况叫做写时拷贝，当进程需要内存空间时，先改变 mm_struct 中控制对应区域的大小--提前调节所需要的内存，相当于先声明在哪个区域，需要多少。等到需要写入数据时，才会根据区域为其开辟对应内存。

为什么要有虚拟地址？

1. 因为硬件只会被动的读取和写入，可以对转化过程进行审核，拦截非法操作，保护内存；

2. 通过地址空间，进行功能模块的解耦，令申请空间与访问空间分离；申请空间声明我要多少，访问空间时进行分配，写时拷贝，提高空间利用率；

3. 让进程或者程序用统一的视角看待内存，都在编译时转换为虚拟地址，需要访问时只管分配内存即可，简化进程本身的设计和实现。