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博主ID:代码小豪

关于页表

在前一篇博客中博主提到，页表是链接虚拟地址(mm_struct)和物理地址（存储器）的中间商，其主要作用是映射虚拟地址与物理地址。但是除了这两属性以外还有其他的属性。博主给大家扩展几个。

程序权限

进程的空间被分为栈区，堆区，静态区与代码区，这些区域都有对应的虚拟地址存储在页表当中，我们的子进程与父进程会共用代码区中的数据，如下图所示。

其实页表除了记录虚拟地址和物理地址之外，还有一个属性也要记录，那就是区域对应的数据的访问权限，以代码区为例，它们在存储器当中肯定是只可读取，不可写入的，我们拿linux的文件权限（rwx）来表示这些数据的权限。

像变量这些，其权限则是rw，即可读可写，要注意，无论变量是否加了const修饰，它们的权限也是rw的，比如这里有个const修饰的变量i，它的权限也是rw，const限定词只会影响编译器的检查（比如改了const修饰的变量会报错），而不会影响到改变量的属性。

要注意，字面常量不在栈区和堆区当中，而是在一个称为常量区的地方，这个区域的权限是r（可读不可写）。我们以一个经典的代码为例：

char *str="hello world";
str[0]='H';//error，虽然编译器不报错，但是运行程序会崩溃

所谓的字面常量，就是比如1,2,3和"hello world"这种写在赋值符号（=）右侧的常量，在也就是我们常说的右值（rvalue）。这种数据通常都是放在常量区的，因此它们在页表中的权限为r.

由于，在语法上，我们并没有给*str加上const修饰，因此编译器检查语法时，这个语法1时通过的，于是编译器不报错。但是在程序运行的过程中，由于要找到str的物理地址值，因此操作系统会在页表中查看str的权限，然后发现程序在执行的过程中，对一个权限为r（可读不可写）的对象进行了写入的操作，因此操作系统觉得这个进程是非法的，直接就将进程给杀死了。所以就导致了这个代码，在编译器检查方面是通过的，但是运行起来则会崩溃。

加载状态

我们想象这么一个场景，现在有一个1GB的进程要运行，由于cpu需要切换调度进程，因此在一个时间片后，这个进程就调度结束了，那么博主这里提出一个问题：一个进程运行时,操作系统会将进程从磁盘中读取到内存，那么操作系统是不是将整个进程都读取到内存当中呢？

当然不是，因为cpu中调度一个进程的时间片很短，因此在很多时候，一个时间片内进程都不会运行结束，而是可能执行了几万行代码之后就切换到下一个进程了。而那些执行过或者还没执行到内容，有可能是不会存在到内存当中的。因为cpu并不是只执行一个进程，而是多个进程，如果一个2gb的进程全都加载到内存当中，可能还有其他内存更大的进程在运行，那么其他进程怎么办。

在页表当中还有一个属性，我们将其称为内容加载状态，如果存在则设为1，不存在则设为0。比如一些执行过的代码，还没有使用的数据，都是只有虚拟地址，而没有物理地址的，因为它们还不存在，只有当它们存在了，才会有它们相应的物理地址。

这样做的目的其实就是节省空间，我们以现实为例，黑神话悟空的大小有足足100gb，而我们常见的家用的电脑则只有16gb或者32gb的运存（实际就是内存大小），如果黑神话悟空是直接将所有的数据都加载到内存当中，那么16gb的内存早爆了，但是实际上我们却能正常的运行它。比如我们切换场景的时候会加载数据，或者看一下过场动画，实际上就是给游戏准备它加载到内存的空间，如果加载完成，就能继续游戏了。

可执行程序分段

现在我们都已经了解了，一个可执行程序存在栈区，堆区等等的区域分段，来保存数据。还有一个页表来映射各个段中的数据状态，以及虚拟地址和物理地址的映射关系。

但是我们来思考一个问题，博主在前一篇文章中提到过，这些可执行程序分段（其实就是进程空间分段）是由一个叫做mm_struct的结构体来管理的。写过代码都清楚，一个结构体对象其实是要初始化的，但是我们的进程，每个进程的的变量个数都不一样（栈区空间不一样），堆区的大小也不一样，甚至连代码正文的大小都不一样，那么mm_struct是怎么初始化的呢？它又是靠什么数据来初始化的呢？这些数据又是从哪获取的？

这些东西我们也不知道，mm_struct也不知道，但是有一个人肯定知道，我们先不说，这里我们输入指令

readelf -S [可执行文件名]

这里博主随便写了一个可执行程序，命名为hello，代码也就不给大家看了。接着我们输入指令

readelf -S hello

这些数据其实就是一个进程的各个分段，比如栈区，堆区，代码区的地址啊，权限啊之类的东西，这说明一个进程要形成什么样的分段，并不是在该进程被运行时才产生的，而是它本来就有，但我们执行该进程时，task_struct就管理该进程，并且让mm_struct读取这些数据，在根据这些数据，创建出分段，比如代码区的地址，大小，权限等。

这说明，一个进程的分段并不是运行时才生成的，那么它是什么时候有的呢？没错，那就是编译期间生成的。编译器除了要编译我们写的代码之外，还有生成一些额外的信息，上述的分段就是由编译器生成的，然后操作系统在运行该进程时又将这些信息读取进去。这里说明一个现象，那就是编译器和操作系统其实是有关联的！！！因此我们在linux上生成的可执行程序，在windows系统下却不能运行，反之亦然。