(深入理解计算机系统) bss段，data段text段堆(heap)和栈(stack)

Posted 2020-11-15 bihua

 

bss段：

　　bss段（bss segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。

　　bss是英文Block Started by Symbol的简称。

　　bss段属于静态内存分配。 

  

data段：

　　数据段（data segment）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。

　　数据段属于静态内存分配。 

  

text段：

　　代码段（code segment/text segment）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。

　　这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读(某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序)。

　　在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。 

  

堆（heap）：

　　堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。

　　当进程调用malloc等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；

　　当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）。

  

栈(stack)：

　　 栈又称堆栈，是用户存放程序临时创建的局部变量，

　　也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味着在数据段中存放变量）。

　　除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。

　　由于栈的先进先出(FIFO)特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。

　　从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。 

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一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的。

　　这样的概念，不知道最初来源于哪里的规定，但在当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。

　　而且在嵌入式系统的设计中也非常重要，牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配，存储单元占用空间大小的问题。

    在采用段式内存管理的架构中（比如intel的80x86系统），bss段通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，

　　一般在初始化时bss 段部分将会清零。bss段属于静态内存分配，即程序一开始就将其清零了。

    比如，在C语言之类的程序编译完成之后，已初始化的全局变量保存在.data 段中，未初始化的全局变量保存在.bss 段中。

　　text和data段都在可执行文件中（在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中），由系统从可执行文件中加载；

　　而bss段不在可执行文件中，由系统初始化。

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【例】

两个小程序如下：

程序1:

int ar[30000];
void main()
{
    ......
}

 

程序2:

int ar[300000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6 };
void main()
{
    ......
}

发现程序2编译之后所得的.exe文件比程序1的要大得多。当下甚为不解，于是手工编译了一下，并使用了/FAs编译选项来查看了一下其各自的.asm，

发现在程序1.asm中ar的定义如下：

_BSS SEGMENT
     ?ar@@3PAHA DD 0493e0H DUP (?)  ; ar
_BSS ENDS
而在程序2.asm中，ar被定义为：

_DATA SEGMENT
     ?ar@@3PAHA DD 01H  ; ar
                DD 02H
                DD 03H
                ORG $+1199988
_DATA ENDS
区别很明显，一个位于.bss段，而另一个位于.data段，两者的区别在于：

全局的未初始化变量存在于.bss段中，具体体现为一个占位符；

全局的已初始化变量存于.data段中；

而函数内的自动变量都在栈上分配空间；

.bss是不占用.exe文件空间的，其内容由操作系统初始化（清零）；

.data却需要占用，其内容由程序初始化。因此造成了上述情况。

bss段（未手动初始化的数据）并不给该段的数据分配空间，只是记录数据所需空间的大小；

bss段的大小从可执行文件中得到 ，然后链接器得到这个大小的内存块，紧跟在数据段后面。

data段（已手动初始化的数据）则为数据分配空间，数据保存在目标文件中；

data段包含经过初始化的全局变量以及它们的值。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零。

 

包含data段和bss段的整个区段此时通常称为数据区。