Linux下C程序的内存布局

Posted 2021-08-14 Shemesz

进程空间内的内存布局

  在Linux下，进程内存管理的对象都是虚拟内存，每个进程先天就有0~4个G的各自互不干涉的虚拟内存空间，0 ~3G都是用户空间执行自己代码，高1GB的空间是内核空间执行Linux系统调用的，这里存放在整个内核的代码和所有的内核模块，用户看到和接触到的都是该虚拟地址，并不是实际的物理内存地址。 Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就是“代码段”、“堆栈段”和“数据段“。其实学过汇编语言的人一定知道，一般的CPU都有上述的三种寄存器，以方便操作系统的运行。这三部分是构成一个完整执行序列的必要的部分。

内存分布	功能
System Space	这段高地址内存大小为1GB，固定留给内核用，称之为内核空间
命令行参数区	在Linux操作系统中，我们编写的程序需要我们从命令行传入参数进行操作时，写入的命令行参数就存储在这片区域
栈区（Stack）	参数值、局部变量（自动分配，在程序的{}内有效，离开{}自动释放）栈中的数据如果不初始化，即默认随机值，地址空间是下降（由上而下）存储
堆区（Heap）	malloc分配的内存（动态申请，用完free，否则造成内存泄漏）地址空间是上升（自下而上）存储
未初始化全局数据（.bss）	未初始化的全局变量或static变量
已初始化全局数据（.data）	以初始化的全局变量或ststic变量
文字常量区（.rodata）	const、#define、“string”等定义的数据常量（ro = read only 这段内存空间数据受系统保护为只读，如果尝试更改则会出现Segmentation Fault）
代码段	编译出来的可执行文件的二进制代码；正文段虽然可以共享 ，但常常是只读的，以防止程序由于意外而修改其自身的执行。

下面我们就通过代码来看本质

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int g_var1; // g_var1是未初始化的全局变量，存放在数据段的BSS区，其值默认为0；
int g_var2=20; // g_var1是初始化了的全局变量，存放在数据段的DATA区，其值为初始化值20；
int main(int argc, char **argv) //argv里存放的是命令行参数，他存放在命令行参数区
{
    static int s_var1; // s_var1是未初始化的静态变量，存放在数据段的BSS区，其值默认为0；
    static int s_var2=10; // g_var1是初始化了的静态变量，存放在数据段的DATA区，其值为初始化值10；
    char *str="Hello"; // str是初始化了的局部变量，存放在栈(STACK)中，其值是"Hello"这个字符串常量存在DATA段里RODATA区中的地址
    char *ptr1; // ptr是未初始化了的局部变量，存放在栈(STACK)中；其值为随机值，这时候的ptr称 为“野指针(为初始化的指针)”
    char *ptr2;
    ptr1 = malloc(100); // malloc()会从堆(HEAP)中分配100个字节的内存空间，并将该内存空间的首地址返回给ptr存 放；
    ptr2 = malloc(100);
    printf("[cmd args]: argv address: %p\\n", argv);
    printf("\\n");
    printf("[ Stack]: ptr1 address: %p\\n", &ptr1);
    printf("[ Stack]: ptr2 address: %p\\n", &ptr2);
    printf("\\n");
    printf("[ Heap ]: ptr2 malloc address: %p\\n", ptr2);
    printf("[ Heap ]: ptr1 malloc address: %p\\n", ptr1);
    printf("\\n");
    printf("[ bss ]: s_var1 address: %p value: %d\\n", &s_var1, s_var1);
    printf("[ bss ]: g_var1 address: %p value: %d\\n", &g_var1, g_var1);
    printf("[ data ]: s_var2 address: %p value: %d\\n", &s_var2, s_var2);
    printf("[ data ]: g_var2 address: %p value: %d\\n", &g_var2, g_var2);
    printf("[rodata]: \\"%s\\" address: %p \\n", str, str);
    printf("\\n");
    printf("[ text ]: main() address: %p\\n", main);
    printf("\\n");
    return 0;
}

结果分析