app网站与普通网站的区别是什么,珠海知名网站,网站的收录率,虚拟主机 视频网站朋友们、伙计们#xff0c;我们又见面了#xff0c;本期来给大家解读一下有关Linux程序地址空间的相关知识点#xff0c;如果看完之后对你有一定的启发#xff0c;那么请留下你的三连#xff0c;祝大家心想事成#xff01; C 语 言 专 栏#xff1a;C语言#xff1a;从… 朋友们、伙计们我们又见面了本期来给大家解读一下有关Linux程序地址空间的相关知识点如果看完之后对你有一定的启发那么请留下你的三连祝大家心想事成 C 语 言 专 栏C语言从入门到精通 数据结构专栏数据结构 个 人 主 页 stackY、 C 专 栏 C Linux 专 栏 Linux
目录 1. 程序地址空间分布
2. 基于地址空间重新理解地址
3. 进程地址空间
3.1 地址空间和区域划分
3.2 为什么要有地址空间
4. 基于地址空间进行扩展
4.1 每一个进程都有页表
4.2 缺页中断
4.3 进程的独立性
5. 写时拷贝 1. 程序地址空间分布 在C语言阶段就了解过这个图那么本章来配合代码深入了解一下 #include stdio.h
#include stdlib.hint un_gval;
int init_gval 100;int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{printf(code addr: %p\n, main); // 代码区const char *str HelloLinux!;printf(read only char addr: %p\n, str); // 字符常量区printf(init global value addr: %p\n, init_gval); // 已初始化全局数据区printf(uninit global value addr: %p\n, un_gval); // 未初始化全局数据区char* heap (char*)malloc(100);printf(heap addr: %p\n, heap); // 堆区printf(stack addr: %p\n, str); // 栈区int i 0;for(i 0; argv[i]; i){printf(argv[%d]: %p\n,i, argv[i]); // 命令行参数}for(i 0; env[i]; i){printf(env[%d]: %p\n,i, env[i]); // 环境变量}return 0;
} 使用代码将对应区域的地址打印出来可以发现于图片完全一致。 ① 在程序地址空间中的堆区是向上增长的栈区是向下增长的通常也叫做堆栈相对而生。 ② 我们定义的任何类型栈区中都是整体向下开辟使用时局部向上使用。 ③ 在栈中定义的int类型变量是4个字节我们要访问时需要通过它的起始地址再配合它的类型大小进行访问变量类型大小就相当于起始地址的偏移量访问的形式就是起始地址 偏移量。 ④ static修饰局部变量本质上就是将局部变量的地址放到了全局区全局变量。 2. 基于地址空间重新理解地址 在之前的进程创建与进程fork本质章节中遗留了一个问题如何理解同一个变量会有两个不同的指 #include stdio.h
#include stdlib.h
#include unistd.h
#include sys/types.hint g_val 100;int main()
{pid_t id fork();if(id 0){//childint cnt 5;while(1){printf(child, Pid: %d, Ppid: %d, g_val: %d, g_val%p\n, getpid(), getppid(), g_val, g_val);sleep(1);if(cnt 0){g_val200;printf(child change g_val: 100-200\n);}cnt--;}}else{//fatherwhile(1){printf(father, Pid: %d, Ppid: %d, g_val: %d, g_val%p\n, getpid(), getppid(), g_val, g_val);sleep(1);}}return 0;
} 可以看到具有相同的地址同一个变量居然会有两个值那么这也就证明了我们C/C中观察到的地址并不是物理地址我们平时用到的地址都是虚拟地址/线性地址。 3. 进程地址空间 前面提到的虚拟地址也叫做进程的地址空间它属于进程PCB中的一个字段每一个进程在运行之后都会有一个进程地址空间。 现在就来一步一步解释为什么同一个地址的变量会有两种值 ① 我们定义的全局变量g_val在已初始化全局数据区里面保存的是该变量的起始地址进程地址空间不存储数据它是虚拟地址那么就要有需要有真正存储数据的地址--物理地址。 ② 数据存储在物理地址中需要通过一种类似于hash的映射关系由虚拟到物理的转化这种方式在这里叫做--页表通过页表可以完成由虚拟地址映射到物理地址。 ③ 父进程创建子进程的时候需要以自己的PCB为模版来构建子进程的PCB所以父进程中的全局变量g_val的虚拟地址在子进程的进程地址空间中也会有同样的子进程的页表也需要按照父进程为模版构建所以虚拟到物理的转化关系也有了。 ④ 此时子进程的虚拟地址到物理地址的转化之后也指向了同一块物理地址当检测到子进程要修改这个变量时OS会先以写时拷贝的方式在物理地址中重新找一块空间拷贝原来的数据到新的空间并将子进程页表中的映射关系随之改变然后就可以随意的修改变量。 ⑤ 当子进程修改完变量的值之后我们再查看时就会发现同一个地址虚拟地址的变量会有两个值。 3.1 地址空间和区域划分 先来了解一下空间的概念以32位机器为例在之前C语言的指针阶段就提到计算机只认识二进制那么二进制的0或1表示的就是有无的意思那么在计算机里面的0或1表示的就是是否有电频32位机器中存在会有32根地址总线每一根地址线表示的情况都会两种所以32根地址线一共会有2^32种情况我们访问数据是以byte为单位所以它的总大小换算一下就是2^32byte 4GB大小的空间。 地址空间 假设一个OS的内存一共有4GB的空间大小在我们运行程序的时候OS会管理许多的进程那么进程被调度是需要内存空间的所以呢OS就会虚拟的给每一个进程分配OS仅有的4GB的内存空间那么在OS管理下的所有的进程都会认为自己将来会有4GB的内存空间简单的说就是OS给每一个进程画了一张饼那么这张饼就叫做虚拟地址空间地址空间。 区域划分 通过一个小故事来理解区域划分 在某小学小胖和小花是同桌共同使用一个长度位100cm的桌子由于小胖的不注意卫生遭到了小花的嫌弃所以呢小花就提出不再共同使用这张桌子而是在桌子的中间画一条线他两每一个用一半这条线也被我们亲切的称为38线所以画38线的本质就是对空间进行区域划分 区域调整 还是小胖和小花的这个例子再画完38线之后呢小胖和小花愉快的度过了一段时间但是还是因为小胖的不自觉经常把自己的垃圾放在小花的那一块这就让小花很不能忍受再加上小花实力在小胖之上所以直接将小胖的区域再次压缩从之前的五五分直接变成了四六分对小胖的区域压缩的行为就叫做区域调整。 代码简述 对小胖和小花的这个行为使用计算机语言简单的描述就是 地址空间也要被管理 在OS中会有许多的进程每一个进程都有对应的地址空间在系统中一定要对地址空间做管理防止地址空间的混淆。根据管理的本质先描述再组织。 在Linux中这个进程/虚拟地址空间的东西叫做struct mm_struct 它是进程PCB中的一个字段在PCB中是通过struct mm_struct *mm指向的一个结构化字段。 得出的结论地址空间最终是一个内核的数据结构对象就是一个内核结构体所以我们看到的地址叫做虚拟地址。 3.2 为什么要有地址空间 1. 地址空间固定的存储结构可以让进程以统一的视角看待内存所以任意一个进程可以通过地址空间 页表将乱序的内存数据变成有序并分门别类的规划好。 在我们的计算机中存在许多的程序那么当程序要运行就要被加载到内存中OS就要在内存中给进程分配空间此时的进程的代码和数据会在内存中杂乱的分布没有顺序这使得PCB在寻找自己的代码和数据时非常麻烦地址空间恰好解决了这一点。 2. 地址空间配合页表可以很好的进行进程访问的内存安全检查。 在页表中还存在一个字段它表示的是访问权限的字段有的是只读有的是只写有的是读写就比如常量字符串只允许读不允许修改。地址空间就起到了一个控制检查的作用。 3. 将进程管理和内存管理解耦 由PCB到虚拟地址的提取以及保存的这一过程是属于进程管理的从内存到物理地址的提取与保存这一过程是属于内存管理的两者互不影响 4. 基于地址空间进行扩展
4.1 每一个进程都有页表 在CPU内部有一个寄存器叫做CR3寄存器它主要是保存当前进程的页表地址。 在之前的进程切换章节我们了解到进程要被CPU调度进程在CPU内运行形成的临时数据叫做进程的硬件上下文那么页表由虚拟到物理的转化也是属于数据那么CP3寄存器的数据也叫做该进程的硬件上下文当进程切换的时候会将进程的硬件上下文数据从寄存器剥离下来保存在自己的PCB中那么每一个进程都要这么做所以每一个进程都有自己独立的页表。 4.2 缺页中断 页表中的虚拟地址可能有很多但是物理地址可能还没有分配好所以再继续访问的时候发现物理地址没有分配好此时OS就会暂停访问然后在物理地址中开辟空间并且修改页表然后继续执行访问这个操作叫做缺页中断。 页表中还存在一个字段它表示的是该地址是否分配或者是否有内容。 4.3 进程的独立性 虚拟地址有很多个有可能相同也有可能不同多个进程通过页表由虚拟地址映射到同一块内存这些个虚拟地址很可能相同也有可能不同通过各自的页表的映射关系之后所映射的物理地址是完全不一样的所以即使两个相同虚拟地址的进程其中一个挂掉了也不会影响另外一个。 通过页表让进程映射到不同的物理内存从而体现了进程具有独立性 5. 写时拷贝 在前面说到过当子进程写入的时候OS会发生写时拷贝重新开辟一块空间给子进程那么这个写时拷贝中间还存在许多细节 1. 当父进程形成子进程的时候子进程开始写入那么OS会在何时发生写时拷贝或者说是在某一时机发生写时拷贝 当父进程创建子进程的时候首先将自己的页表读写权限改为只读然后再创建子进程但是这个过程用户并不知道当用户进行写入时会因为页表转化的权限问题而出错此时操作系统就会介入从而触发重新申请内存的拷贝内容的策略机制这个就叫做写时拷贝。 2. 反正都是要写入只重新开辟空间就好了为什么要拷贝原来的内容呢 我们写入的操作不一定要把原始数据全部修改如果不拷贝原始数据然后写入操作会导致原始数据的丢失以及不完整。 朋友们、伙计们美好的时光总是短暂的我们本期的的分享就到此结束欲知后事如何请听下回分解~最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔感谢大家的支持
