Linux之进程的虚拟地址空间,逻辑地址和物理地址,进程管理命令

2023-03-24 10:45 运维作者： Dutkig

进程的虚拟地址空间

进程有自己的独立地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，虚拟地址空间的大小由计算机的硬件平台决定，比如32位的平台决定了虚拟地址空间为4G（因为32位系统上指针能够寻址的范围是2³²）

这4G空间的分配如下：

由上图可知，进程的虚拟内存被分为若干个“段”；
每个段其实还被分成了若干个“块”，我们将这个“块”称为“页”；
内存的映射（虚拟地址和物理地址之间的转换）也是以“页”为单位的；
一般来说一页的大小4K；
交换空间（内存‘【这里说的是物理内存】不够时使用，把当前不使用的数据或者临时数据放入到交换分区中），在防止数据块到交换分区时，也是以"页"为单位的，这个过程我们称为“换出”，再由交换分区调入内存，我们称为“换入”，整个过程即为“换页”

Linux之进程的虚拟地址空间,逻辑地址和物理地址,进程管理命令

注意：虚拟地址一般由段号、页号、页中偏移量构成，从而最终计算出你的物理地址；python

缺页：消除了进程全部载入内存中，按需调页（也就是换页）；

以上就是linux的段页式内存管理

1.内核空间（1G）

驻留在内存内，是操作系统的一部分，内核空间为内核保留，不允许应用程序读写该区域或调用内核代码。

2 栈(stack)

包括以下内容和用途：

1 函数的返回值和参数。
2 临时变量，包括非静态局部变量，以及编译器自动生成的临时变量。
3 保存上下文：包括函数调用前后需保持不变的寄存器。

3 内存映射段(mmap)

该区域用编程客栈于映射可执行文件用到的动态链接库。若可执行文件依赖共享库，则系统会为这些动态库在从0x40000000开始的地址分配相应空间，并在程序装载时将其载入到该空间。

在Linux 内核中，共享库的起始地址被往上移动至更靠近栈区的位置。

4 堆(heap)

堆用于存放进程运行时动态分配的内存段，可动态扩张或缩减。堆中内容是匿名的，不能按名字直接访问，只能通过指针间接访问。

当进程调用malloc©/new(C++)等函数分配内存时，新分配php的内存动态添加到堆上(扩张)；当调用free©/delete(C++)等函数释放内存时，被释放的内存从堆中剔除(缩减) 。

5 .BSS段

.BSS(block Started by Symbol)段中通常存放程序中以下符号：

1 未初始化的全局变量和静态局部变量
2 初始值为0的全局变量和静态局部变量(依赖于编译器实现)
3 未定义且初值不为0的符号(该初值即common block的大小)

6 数据段(.Data)

数据段通常用于存放程序中已初始化且初值不为0的全局变量和静态局部变量。

数据段属于静态内存分配(静态存储区)，可读可写。

7 代码段(text)

代码段也称正文段或文本段，通常用于存放程序执行代码(即CPU执行的机器指令)。一般C语言执行语句都编译成机器代码保存在代码段。

通常代码段是可共享的，因此频繁执行的程序只需要在内存中拥有一份拷贝即可。

代码段通常属于只读，以防止其他程序意外地修改其指令(对该段的写操作将导致段错误)。

某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。

8 保留区

位于虚拟地址空间的最低部分，未赋予物理地址。

任何对它的引用都是非法的，用于捕捉使用空指针和小整型值指针引用内存的异常情况。

一个页面的大小为4K（212），

——因此进程可以使用220个页面

Linux之进程的虚拟地址空间,逻辑地址和物理地址,进程管理命令

注：绝大多数处理器上的内存页的默认大小都是 4KB，虽然部分处理器会使用 8KB、16KB 或者 64KB 作为默认的页面大小，但是 4KB 的页面仍然是操作系统默认内存页配置的主流

逻辑地址

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在某一段程序中，我们输出的变量内存地址，其实是逻辑地址，也就是进程的地址空间。

虚拟地址向物理地址的转换依靠的是内存管理单元（MMU）

有些时候，父子进程的某个变量的输出地址可能相同，只可能是其逻辑地址相同，要想知道它们在内存中的物理地址，就必须根据逻辑地址判断页表号，再根据各自的页表进行映射，找到其在内存中的具体位置，，不同进程的逻辑地址没有可比性，但是如果在同一个进程中，若地址相同，那就证明其在同一段物理内存中。

如图，在上述图片中，假设父子进程的两个变量的逻辑地址均为4097，那么其就应该在页表号为1的页面上且偏移量为2（0-4095）的位置，在根据页表号映射出其在物理内存中的真实地址。

为什么我们在程序中不使用物理地址？

因为在运行程序的目标主机上，我们不知道当前哪些物理页面是空闲的，如果我们程序写的都是物理页面，比如说，第一个进程说它要用0，1，2，3号页面，假设其子进程也要用0，1，2，3号页面，就冲突了，然后其他页面是空闲的。我们在编程途中不知道其他程序会用哪些物理页面，我们无法预知将要运行的主机上哪些物理页面是空闲，而且物理页面的空闲页面是变化的，每次开机，空闲的页面是不一样的，我们无法确定，所以我们只能看逻辑地址，就像跳舞一样，每个人有相对其他人的位置，跳舞的队列是不变的，但是有可能在操场跳舞，或者在广场跳舞。我们只能记录相对位置，然后通过页表映射，页表的更新，确定哪个物理页面是空闲的。