Linux--程序地址空间

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一、程序地址空间回顾

我们在讲C语言的时候,老师给大家画过这样的空间布局图
下图是内存吗?答案不是,它是进程/虚拟地址空间。
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可是我们对他并不理解!

来段代码感受一下

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int g_val = 0;
int main()
{
 pid_t id = fork();
 if(id < 0){
 perror("fork");
 return 0;
 }
 else if(id == 0){ //child 
 printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 else{ //parent
 printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 
 sleep(1);
 return 0;
 }

输出

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我们发现,输出出来的变量值和地址是一模一样的,很好理解呀,因为子进程按照父进程为模版,父子并没有对变量进行进行任何修改。可是将代码稍加改动:

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int g_val = 0;
int main()
{
 pid_t id = fork();
 if(id < 0){
 perror("fork");
 return 0;
 }
 else if(id == 0){ //child,子进程肯定先跑完,也就是子进程先修改,完成之后,父进程再读取
 g_val=100;
 printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }else{ //parent
 sleep(3);
 printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 sleep(1);
 return 0;
 }

输出

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我们发现,父子进程,输出地址是一致的,但是变量内容不一样!能得出如下结论:

  1. 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
  2. 但地址值是一样的,说明,该地址绝对不是物理地址!
  3. 在Linux地址下,这种地址叫做 虚拟地址
  4. 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 。

二、进程地址空间

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的,准确的应该说成 进程地址空间 ,那该如何理解呢?看图:

虚拟地址空间:
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说明:
上面的图就足矣说名问题,同一个变量,地址相同,其实是虚拟地址相同,内容不同其实是被映射到了不同的物理地址!

三、为什么要存在进程地址空间

  1. 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+页面也可以将乱序的内存数据,变得有序,分门别类的规划好。
  2. 可以安全检查。
  3. 将进程管理和内存管理解耦。
  4. 通过页表,让进程映射到不同的物理内存,从而实现进程的鼓励性。

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