linux中的进程内存布局

虚拟内存

在我们编写程序的时候，我们使用的是虚拟内存布局，它是建立在真实的物理内存之上，虚拟内存一般是比物理内存要大，并且每个进程都享有独立的虚拟内存

所以我们要明白我们在程序中使用的是虚拟内存，虚拟内存经过一些内存映射，才能被映射到真实的物理内存

局部性

空间局部性（Spatial locality）：是指程序倾向于访问在最近访问过的内存地址附近的内存（由于指令是顺序执行的，且有时会按顺序处理数据结构）。

时间局部性（Temporal locality）：是指程序倾向于在不久的将来再次访问最近刚访问过的内存地址（由于循环）。

由于这两种局部性特征，即访问局部性，使得程序即使只有部分地址空间在物理内存中，也能正常执行，然后就有了虚拟内存这种抽象，竟然程序能够正常执行，那我就让他认为他占有整个地址空间，这方便了程序的编写，我们无需关心到底哪些物理地址可用

虚拟内存映射

虚拟内存的规划之一是将每个程序使用的内存切割成小型的、固定大小的“页”（page）单元。相应地，将 RAM 划分成一系列与虚存页尺寸相同的页帧。任一时刻，每个程序仅有部分页需要驻留在物理内存页帧中。这些页构成了所谓驻留集（resident set）。程序未使用的页拷贝保存在交换区（swap area）内—这是磁盘空间中的保留区域，作为计算机 RAM 的补充— 仅在需要时才会载入物理内存。

简单来说，我们将虚拟内存划分为 页， 将物理内存划分为 页帧，这两者大小相同，并且能够从 页 映射到 页帧，然后仅有一部分页驻留在物理内存中，其他的页保留在磁盘的swap分区，当程序在物理内存中找不到所需要的页时，会发生页面错误，并进行页面替换

虚拟内存到物理内存的映射就通过数据结构 页表 实现，内核为每个进程维护一张页表

页表中的每个条目要么指出一个虚拟页面在 RAM 中的所在位置，要么
表明其当前驻留在磁盘上。

以下这段话相当重要，后面的进程内存布局会说到

在进程虚拟地址空间中，并非所有的地址范围都需要页表条目。通常情况下，由于可能存在大段的虚拟地址空间并未投入使用，故而也无必要为其维护相应的页表条目。若进程试图访问的地址并无页表条目与之对应，那么进程将收到一个 SIGSEGV 信号。

进程内存布局

进程内存布局是建立在虚拟内存之上的

图中灰色的部分表示页表中没有对应的条目，即没有在物理内存或磁盘中，不可用

文本段

文本段包含了进程运行的程序机器语言指令。文本段具有只读属性，以防止进程通过错误指针意外修改自身指令。

你可以理解为这里存放的是程序的代码

数据段

初始化数据段（用户初始化数据段）

初始化数据段包含显式初始化的全局变量和静态变量。

初始化数据段中的数据会被存储在磁盘空间中，即存放在可执行文件中

未初始化数据段(bss) （零初始化数据段）

未初始化数据段包含了未进行显式初始化的全局变量和静态变量。程序启动之前，系统将本段内所有内存初始化为 0。出于历史原因，此段常被称为 BSS 段。

这句话说明，没有进行显示初始化的全局变量或静态变量 在程序启动之前 会自动初始化为0(不是编译阶段)，编译阶段只需记录未初始化数据段的位
置及所需大小，直到运行时再由程序加载器来分配这一空间，所以bss段的数据没有存储到磁盘空间中

栈段

栈（stack）是一个动态增长和收缩的段，由栈帧（stack frames）组成。系统会为每个当前调用的函数分配一个栈帧。栈帧中存储了函数的局部变量（所谓自动变量）、实参和返回值。

栈的增长是从高地址项低地址增长的，也就是向堆的方向增长

如下，是一个栈帧的例子，最开始是main函数的栈帧，在main函数中调用其他函数，会一次将其加入栈帧，栈指针指向栈顶，程序在栈顶的栈帧中执行

栈帧中包含的信息：

• 函数实参和局部变量，这些会在栈帧销毁后自动销毁，即函数结束后自动销毁
• （函数）调用的链接信息，保留当前函数执行的寄存器的副本，方便返回后继续执行

堆

堆（heap）是可在运行时（为变量）动态进行内存分配的一块区域。堆顶端称作program break

堆的顶端叫做 program break，指明堆的边界，可以通过brk()或者sbrk()系统调用进行调整