windows 和 linux 下c/c++内存分布(整理)
C程序一般分为
1.程序段(text): 程序段为程序代码在内存中的映射.一个程序可以在内存中多有个副本.
2.文字常量区: 常量字符串就是放在这里的。
3.初始化过的数据(data): 在程序运行之初已经对变量进行初始化的.全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。
4.未初始化过的数据(bss): 在程序运行初未对变量进行初始化的数据。
6.堆栈(stack): 存储局部,临时变量,在程序块开始时自动分配内存,结束时自动释放内存.存储函数的返回指针. 当函数被调用时,它们被压入栈;当函数返回时,它们就要被弹出堆栈。
7.堆(heap): 存储动态内存分配,需要程序员手工分配(c中malloc函数,c++中new函数),手工释放(free 和 delete 函数).
3和4称为静态存储区,6和7称为动态存储区。
windows进程中的内存结构
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = "123456";// 123456\0在常量区,p3在栈上。
static int c =0;// 全局(静态)初始化区
static int uc,uc1,uc2;// 全局(静态)未初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
//分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456");// 123456\0放在常量区,编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
printf("堆p1 \t\t\t0x%08x\n",p1);
printf("堆p2 \t\t\t0x%08x\n",p2);
printf("栈&p3 \t\t\t0x%08x\n",&p3);
printf("栈&p2 \t\t\t0x%08x\n",&p2);
printf("栈s \t\t\t0x%08x\n",s);
printf("栈&s[1] \t\t0x%08x\n",&s[1]);
printf("栈&b \t\t\t0x%08x\n",&b);
printf("main地址\t\t0x%08x\n",main);
printf("文本常量区\t\t0x%08x\n",p3);
printf("全局初始化区\t\t0x%08x\n",&a);
printf("(静态)初始化区\t0x%08x\n",&c);
printf("全局未初始化区\t\t0x%08x\n",&p1);
printf("(静态)未初始化区\t0x%08x\n",&uc);
printf("(静态)未初始化区\t0x%08x\n",&uc1);
printf("(静态)未初始化区\t0x%08x\n",&uc2);
}
你可以看到这些变量在内存是连续分布的,但是本地变量和全局变量分配的内存地址差了十万八千里,而全局变量和静态变量分配的内存是连续的。这是因为本地变量和全局/静态变量是分配在不同类型的内存区域中的结果。对于一个进程的内存空间而言,可以在逻辑上分成3个部份:代码区,静态数据区和动态数据区。动态数据区一般就是“堆栈”。“栈(stack)”和“堆(heap)”是两种不同的动态数据区,栈是一种线性结构,堆是一种链式结构。进程的每个线程都有私有的“栈”,所以每个线程虽然代码一样,但本地变量的数据都是互不干扰。一个堆栈可以通过“基地址”和“栈顶”地址来描述。全局变量和静态变量分配在静态数据区,本地变量分配在动态数据区,即堆栈中。程序通过堆栈的基地址和偏移量来访问本地变量。
├———————┤低端内存区域
│ …… │
├———————┤
│ 动态数据区 │
├———————┤
│ …… │
├———————┤
│ 代码区 │
├———————┤
│ 静态数据区 │
├———————┤
│ …… │
├———————┤高端内存区域
堆栈是一个先进后出的数据结构,栈顶地址总是小于等于栈的基地址。
linux c程序存储空间布局
进程在内存中的影像.
我们假设现在有一个程序, 它的函数调用顺序如下.
main(...) ->; func_1(...) ->; func_2(...) ->; func_3(...)
即: 主函数main调用函数func_1; 函数func_1调用函数func_2; 函数func_2调用函数func_3
当程序被操作系统调入内存运行, 其相对应的进程在内存中的影像如下图所示.
(内存高址)
+--------------------------------------+
| ...... | ... 省略了一些我们不需要关心的区
+--------------------------------------+
| env strings (环境变量字串) | \
+--------------------------------------+ \
| argv strings (命令行字串) | \
+--------------------------------------+ \
| env pointers (环境变量指针) | SHELL的环境变量和命令行参数保存区
+--------------------------------------+ /
| argv pointers (命令行参数指针) | /
+--------------------------------------+ /
| argc (命令行参数个数) | /
+--------------------------------------+
| main 函数的栈帧 | \
+--------------------------------------+ \
| func_1 函数的栈帧 | \
+--------------------------------------+ \
| func_2 函数的栈帧 | \
+--------------------------------------+ \
| func_3 函数的栈帧 | Stack (栈)
+......................................+ /
| | /
...... /
| | /
+......................................+ /
| Heap (堆) | /
+--------------------------------------+
| Uninitialised (BSS) data | 非初始化数据(BSS)区
+--------------------------------------+
| Initialised data | 初始化数据区
+--------------------------------------+
| Text | 文本区
+--------------------------------------+
(内存低址)
这里需要说明的是:
i) 随着函数调用层数的增加, 函数栈帧是一块块地向内存低地址方向延伸的. 随着进程中函数调用层数的减少, 即各函数调用的返回, 栈帧会一块块地 被遗弃而向内存的高址方向回缩. 各函数的栈帧大小随着函数的性质的不同而不等, 由函数的局部变量的数目决定.
ii) 进程对内存的动态申请是发生在Heap(堆)里的. 也就是说, 随着系统动态分配给进程的内存数量的增加, Heap(堆)有可能向高址或低址延伸, 依赖于不 同CPU的实现. 但一般来说是向内存的高地址方向增长的. 堆和栈相向而生,堆和栈之间有个临界点,称为stkbrk.
iii) 在BSS数据或者Stack(栈)的增长耗尽了系统分配给进程的自由内存的情况下, 进程将会被阻塞, 重新被操作系统用更大的内存模块来调度运行. (虽然和exploit没有关系, 但是知道一下还是有好处的)
iv) 函数的栈帧里包含了函数的参数(至于被调用函数的参数是放在调用函数的栈帧还是被调用函数栈帧, 则依赖于不同系统的实现),它的局部变量以及恢复调用该函数的函数的栈帧(也就是前一个栈帧)所需要的数据, 其中包含了调用函数的下一条执行指令的地址.
v) 非初始化数据(BSS)区用于存放程序的静态变量, 这部分内存都是被初始化为零的. 初始化数据区用于存放可执行文件里的初始化数据. 这两个区统称为数据区.
vi) Text(文本区)是个只读区, 任何尝试对该区的写操作会导致段违法出错. 文本区是被多个运行该可执行文件的进程所共享的. 文本区存放了程序的代码.
2) 函数的栈帧.
函数调用时所建立的栈帧包含了下面的信息:
i) 函数的返回地址. 返回地址是存放在调用函数的栈帧还是被调用函数的栈帧里, 取决于不同系统的实现.
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