进程地址空间详解

---

空间布局图

首先有一个问题，我们曾经学过的程序地址空间是内存吗？？？

答案是 它不是内存！！！
程序地址空间的说法都不太准确，应该叫做进程地址空间！

所以对于进程地址空间是属于操作系统的概念！我们当时学C语言的时候对这部分只是有了一个浅浅的认识，方便我们的理解！

其实程序地址空间其实叫做进程地址空间，而进程是操作系统上的概念。因此，进程地址空间分为如上图所示的几个部分:

栈区（stack）： 在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这 >些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中，效率很高，但是分配的内存容量有限。 栈区主要存放运行函数而分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。
堆区（heap）： 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由 OS 回收 。分配方式类似于链表。
数据段（静态区） （ static ） ：存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。
代码段： 存放函数体（类成员函数和全局函数）的二进制代码。

为什么fork()会返回两个值

#include 
#include 

using namespace std;
int main()
{
    int global = 100;
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // child
        cout<<"id地址"<<&id<<endl;
        global = 200;
        cout << "我是子进程pid:" << getpid() << " 我要改global,global:" << global << " global地址:" << &global << endl;
    }
    else
    {
        //father
        cout<<"id地址"<<&id<<endl;
        cout << "我是父进程pid:" << getpid() << " 我的儿子是:" << id << " global:" << global << " global地址:" << &global << endl;
    }

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

在调用fork创建子进程，返回时发生写实拷贝
每一个进程都有一个自己的地址空间
对于这个写实拷贝的个人理解就是，一班和二班都有一个叫小明的人，但是他俩不是一个人(因为班级不同)，对应到进程地址空间里就是 虚拟地址一样但是对应的物理地址却不同(因为页表不同)

先来看一下一个代码的现象

#include 
#include 

using namespace std;
int main()
{
    int global = 100;
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // child
        global = 200;
        cout << "我是子进程pid:" << getpid() 
        << " 我要改global,global:" << global
         << " global地址:" << &global << endl;
    }
    else
    {
        //father
        cout << "我是父进程pid:" << getpid()
         << " 我的儿子是:" << id << " global:" << global
          << " global地址:" << &global << endl;
    }

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

在C/C++中我们看到的地址是物理地址吗？

我们可以得出一个结论：我们在C/C++中使用的地址，绝对不可能是物理地址！！！
因为如果是物理地址，上图的情况是不可能产生的！！！

为什么操作系统不让我直接看到物理内存呢？

内存就是一个硬件，不能阻拦访问你访问！只能被动地进行读取和写入！
因此如果我们能够直接访问甚至修改物理内存，将会造成不可预料的后果，因此为了安全起见，操作系统不会让我们直接访问物理内存。
并且运用虚拟地址可以方便转换需要访问的物理地址，提高程序运行效率

什么是进程地址空间

每一个进程在启动的时候，都会让操作系统给它创建一个地址空间，该进程地址空间就是进程地址空间

每一个进程都会有一个自己的进程地址空间！！
那么操作系统要不要管理这些进程地址空间呢？
那么怎么去管理呢？
进程地址空间，其实是内核的一个数据结构，操作系统肯定会先描述在组织这些数据结构，mm_struct

理解进程地址空间

所以我们验证说程序地址空间是不准确的，准确的应该说成进程地址空间，那么我们应该怎么来理解呢？

进程地址空间在逻辑上是一个抽象的概念，我们在谈这个概念之前我们需要引入一个进程独立性。

进程独立性:多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰！
所谓的地址空间：其实就是OS通过软件的方式，给进程提供一个软件视角，认为自己会独占系统的所有资源(内存)