Linux一文讲清进程地址空间

Posted 2021-10-25 TaroYang

进程地址空间

• 一、何为进程地址空间
• 二、为什么要有进程地址空间
• 三、深入探究进程地址空间

一、何为进程地址空间

 在我们学习C语言C++的时候，我们知道内存被划分为堆区，栈区，常量区等等，事实上这里的内存并不是物理内存，而是一个虚拟的内存空间，我们写代码时能访问得到的只有虚拟内存，系统再通过一种映射关系在物理内存上执行对应的操作，通过禁止用户直接访问物理内存从而避免因操作不当而引发事故。在Linux中，当你的程序跑起来就变成了一个进程，它的代码和数据需加载到内存，所访问到的虚拟内存就叫做进程地址空间(mm_struct)

二、为什么要有进程地址空间

1. 从此之后再也不会有系统级别（指访问物理内存）的越界问题了，因为虚拟内存阶段在映射的时候会检查，不会出现越界访问物理内存的情况
2. 每个进程的进程地址空间布局，范围都一致，使得对每个进程的操作，设计都一致，这样就不用不同的进程不同的"分析"了
3. 每个进程都认为自己独占内存，这样能更好地保持进程独立性以及合理使用空间
4. 进程管理和内存管理完成解耦

三、深入探究进程地址空间

 进程地址空间本质是内存中的一种内核数据结构——mm_struct，通过结构体：定义很多变量规定栈区，堆区等等区域的起始终止位置，而这个结构体最多有2^32个寻址地址，如：

struct mm_struct{
unsigned int heap_start;	//规定堆区的开始地址
unsigned int heap_end;		//规定堆区的结束地址
unsigned int code_start;	//规定代码区的开始地址
unsigned int code_end;		//规定代码区的结束地址
……
}

从start到end则是一段虚拟区域，这区域之间每一个寻址地址是虚拟地址

 当操作系统创建一个进程后，会将代码和数据从硬盘加载到内存，创建task_struct存储进程相关信息来控制和管理进程，同时创建mm_struct(进程地址空间)为了让进程访问内存，上文说到进程地址空间会通过一种映射关系映射到物理内存上，这个映射关系存储在页表中，每一个进程的task_struct和mm_struct通过指针链接在一起。对于创建子进程，也为其创建mm_struct和task_struct，将代码和数据加载到内存，虚拟地址和页表父进程一样，在写入的时候进行写时拷贝