Linux 第十八章

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程序地址空间

区间的地址分布

真正理解同一个地址进行读取不同内容

地址空间

虚拟地址和物理地址

虚拟地址：

物理地址：

struct mm_struct

页表

程序地址空间

区间的地址分布
[BCH@hcss-ecs-6176 10_21]$ cat test.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int un_gval;
int init_gval=100;
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
        printf("code addr:%p\n",main);//代表代码区的地址
        const char *str="hello linux";
        printf("read only char addr:%p\n",str);//代表字符常量取得地址
        printf("init global value addr:%p\n",&init_gval);//代表初始化全局数据区
        printf("uninit global value addr:%p\n",&un_gval);//代表未初始化全局数据区
        char* heap1=(char*)malloc(100);
        printf("heap addr:%p\n",heap1);//代表堆区的地址
        printf("stack addr:%p\n",&str);//代表栈区的地址


        int i=0;
        for(;argv[i];i++)
        {
                printf("argv[%d]:%p\n",i,argv[i]);
        }


        for(i=0;env[i];i++)
        {
                printf("env[%d]:%p\n",i,env[i]);
        }
        return 0;
}

结果：
[BCH@hcss-ecs-6176 10_21]$ ./mytest
code addr:0x40057d
read only char addr:0x40077e
init global value addr:0x60103c
uninit global value addr:0x601044
heap addr:0x1c9d010
stack addr:0x7ffdc6730228
argv[0]:0x7ffdc67307fd
env[0]:0x7ffdc6730806
env[1]:0x7ffdc6730819
env[2]:0x7ffdc6730830
env[3]:0x7ffdc673083b
env[4]:0x7ffdc673084b
env[5]:0x7ffdc673085a
env[6]:0x7ffdc673087e
env[7]:0x7ffdc673088f
env[8]:0x7ffdc673089c
env[9]:0x7ffdc67308af
env[10]:0x7ffdc67308b8
env[11]:0x7ffdc6730e54
env[12]:0x7ffdc6730e82
env[13]:0x7ffdc6730e9b
env[14]:0x7ffdc6730ef5
env[15]:0x7ffdc6730f09
env[16]:0x7ffdc6730f1a
env[17]:0x7ffdc6730f31
env[18]:0x7ffdc6730f39
env[19]:0x7ffdc6730f48
env[20]:0x7ffdc6730f54
env[21]:0x7ffdc6730f88
env[22]:0x7ffdc6730fab
env[23]:0x7ffdc6730fca
env[24]:0x7ffdc6730fe4
真正理解同一个地址进行读取不同内容
[BCH@hcss-ecs-6176 10_21]$ cat test.c
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int g_val=100;
int main()
{
        pid_t id =fork();//创建子进程
        if(id==0)
        {
                //child
                int cnt=5;
                while(1)
                {
                        printf("pid:%d,ppid:%d,g_val:%d,&g_val:%p\n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);
                        sleep(1);
                        if(cnt==0)
                        {
                                g_val=200;
                                printf("child change g_val:100->200\n");
                        }
                        cnt--;
                }
        }
        else
        {
                //parent
                while(1)
                {
                        printf("pid:%d,ppid:%d,g_val:%d,&g_val:%p\n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);
                        sleep(1);
                }
        }
        return 0;
}




[BCH@hcss-ecs-6176 10_21]$ ./mytest
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:100,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
child change g_val:100->200
pid:29920,ppid:29919,g_val:200,&g_val:0x60105c//子进程的值是200，地址0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c//父进程的是100，地址0x60105c
pid:29920,ppid:29919,g_val:200,&g_val:0x60105c
pid:29919,ppid:7584,g_val:100,&g_val:0x60105c
得出的结论是：我们C/C++看到的地址，绝对不是物理地址！！！

我们平时用的地址都是虚拟地址/线性地址！！

地址空间

每一个进程运行之后，都会有一个进程地址空间存在！！

就可以解释fork之后形成了父进程和子进程

返回给父进程的id是子进程的pid，返回给子进程的是0

因为，父进程有自己的虚拟地址空间，给id在栈区开辟一个空间，然后通过页表实现虚拟地址映射物理地址，id的存储在内存中

子进程继承父进程，拷贝父进程的地址空间和页表，但是页表上虚拟地址映射物理地址不同，id在子进程虚拟地址和id在父进程虚拟地址是相同的，而映射的物理地址是不同的，所以内存中又会开辟空间去存储在子进程中的id

虚拟地址和物理地址

在 Linux 中，虚拟地址和物理地址是计算机系统中重要的概念，特别是在操作系统和硬件之间的交互中。

虚拟地址：

虚拟地址是由 CPU 生成的地址空间中的地址，它是进程所见到的地址。每个进程都有自己的虚拟地址空间，通常是连续的地址空间，从 0 开始。
虚拟地址提供了一种抽象机制，使得每个进程都认为它在独占系统资源，而不必担心与其他进程的冲突。
虚拟地址的转换是由硬件中的内存管理单元（MMU）来完成的。MMU 根据页面表（Page Table）将虚拟地址映射到物理地址。

物理地址：

物理地址是实际存在于计算机系统中的内存单元的地址，它是 RAM 中存储数据的位置。
物理地址是实际用于访问计算机系统中内存模块的地址。
虚拟地址通过地址映射机制转换为物理地址，然后在物理地址上进行访问和操作。
在 Linux 中，虚拟地址和物理地址的管理是由操作系统负责的。操作系统通过分页机制将进程的虚拟地址映射到物理地址，从而实现了内存管理和进程间的隔离。

struct mm_struct

虚拟地址空间也要被OS管理起来！！每一个进程都要有地址空间，系统中，一定要对地址空间做管理！！，地址空间最终一定是一个内核的数据结构对象！

在linux中，这个进程/虚拟地址空间的东西，叫做：struct mm_struct
Struct mm_struct
{
    Long code_start;
    Long code_end;
    Long data_start;
    Long data_end;
    Long heap_start;
    Long heap_end;
    Long stack_start;
    Long stack_end;
    …...
}
页表

总结：

1）每一个进程都是有页表的

2）如何理解切换：只要把上下文数据保存好，pcb、地址空间、页表就保存好了

3）让进程以统一的视角看待内存，所以一个进程，可以通过地址空间+页表可以将乱序的内存数据，变成有序，分门别类的规划好！无序变有序

4）页表还有访问权限字段这就是为什么常量字符串，不可被修改，就是由于对应的内存访问权限是只读的

5）存在虚拟地址空间，可以有效的进行进程内存的安全检查！

6）将进程管理和内存管理进行结耦，通过页表，让进程映射到不同的物理内存处，从而实现进程独立性

CPU中的CR3寄存器

存储当前进程的页目录表物理地址。当CPU从虚拟地址空间中访问内存时，会首先将虚拟地址通过分页机制翻译为物理地址，而这个翻译过程需要使用到页表。