【Linux杂货铺】3.程序地址空间

1.程序地址空间的引入

fork(）函数在调用的时候子如果是子进程则返回0，如果是父进程则返回子进程的pid，在代码中我们分别在子进程和父进程读取全局变量g_val的时候居然出现了俩个不同的值。如下：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    g_val = 100
    int i = 5;
    while(i--)
    {
      printf("我是子进程，g_val值为:%d，g_val的地址：%p\n",g_val,&g_val);
      sleep(1);
    }
  }
  else
  {
    int i=5;
    while(i--)
    {
      printf("我是父进程，g_val值为:%d，g_val的地址为：%p\n",g_val,&g_val);
      sleep(1);
    }
  }
  return 0;                                                                                                                        }

执行结果：

[xvjiyi@hecs-399428 20240712_pragramAddressSpace]$ ./mytest
我是父进程，g_val值为:0，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是子进程，g_val值为:100，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是父进程，g_val值为:0，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是子进程，g_val值为:100，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是父进程，g_val值为:0，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是子进程，g_val值为:100，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是父进程，g_val值为:0，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是子进程，g_val值为:100，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是父进程，g_val值为:0，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964
我是子进程，g_val值为:100，g_val的地址为：0x7ffd52f7b964

这个时候我们发现明明读取的地址相同为什么会读出俩个不同的值呢？既然读出了俩个值，说明这俩个值存在不同空间里，定然不可能地址相同，唯一的解释就是这个地址不是真实的地址。事实也正是这样，这里读取到的地址是虚拟地址，虚拟地址空间也就是程序地址空间的产物，接下来我们来看程序地址空间，以及虚拟地址的实现机制。

2.程序地址空间

2.1虚拟地址空间介绍

程序地址空间本质是一个结构体（我们认为是 struct mm_struct），这个结构体记录着不同内存区间的在这个程序地址空间的相对地址（不是真正的物理地址），映射关系如下：

2.2页表

当进程访问地址的时候访问的是虚拟地址，那我们最终是怎样访问到物理地址的呢？当进程地址空间创立时，操作系统会建立一张页表完成虚拟地址到物理地址的映射，如下：

2.3 子进程父进程访问全局变量出现俩个不同值

接下来我们回到开头的问题，为什么我们会在同一个地址上访问到俩个不同的值。这是因为子进程继承了父进程的地址空间，父子进程在访问这个全局变量时访问的虚拟地址是一致的，而这俩个虚拟地址映射的物理地址不同，而我们的数据是存放在物理内存中的，也就造成了同一个地址出现了俩个不同值的假象。（至于为什么会存放在不同的物理内存中在下一节进程控制中给大家讲解，为了确保进程的独立性相互之间不影响，发生了写时拷贝）。