linux-32bit-内存管理
一、进程与内存
进程如何使用内存?
毫无疑问所有进程(执行的程序)都必须占用一定数量的内存,它或是用来存放从磁盘载入的程序代码,或是存放取自用户输入的数据等等。不过进程对这些内存的管理方式因内存用途不一而不尽相同,有些内存是事先静态分配和统一回收的,而有些却是按需要动态分配和回收的。
对任何一个普通进程来讲,它都会涉及到5种不同的数据段。“程序代码段”、“程序数据段”、“程序堆栈段”等。不错,这几种数据段都在其中,但除了以上几种数据段之外,进程还另外包含两种数据段。下面我们来简单归纳一下进程对应的内存空间中所包含的5种不同的数据区。
代码段:代码段是用来存放可执行文件的操作指令,也就是说是它是可执行程序在内存种的镜像。代码段需要防止在运行时被非法修改,所以只准许读取操作,而不允许写入(修改)操作——它是不可写的。
数据段:数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量,换句话说就是存放程序静态分配[1]的变量和全局变量。
BSS段:BSS段包含了程序中未初始化全局变量,在内存中 bss段全部置零。
堆(heap):堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它大小并不固定,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: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意味这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,函数的返回值也回被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上将我们可以把堆栈看成一个临时数据寄存、交换的内存区。
进程如何组织这些区域?
上述几种内存区域中数据段、BSS和堆通常是被连续存储的——内存位置上是连续的,而代码段和栈往往会被独立存放。有趣的是堆和栈两个区域关系很“暧昧”,他们一个向下“长”(i386体系结构中栈向下、堆向上),一个向上“长”,相对而生。但你不必担心他们会碰头,因为他们之间间隔很大,绝少有机会能碰到一起。
下图简要描述了进程内存区域的分布:
进程对内存具体是如何进行分配和管理的?
从用户向内核看,所使用的内存表象形式会依次经历“逻辑地址”——“线形地址”——“物理地址”几种形式(有关“逻辑地址”“线形地址”“物理地址”的问题参考:http://linux.chinaitlab.com/administer/836984.html)。逻辑地址经段机制转化成线性地址;线性地址又经过页机制转化为物理地址。(但是我们要知道Linux系统虽然保留了段机制,但是将所有程序的段地址都定死为0-4G,所以虽然逻辑地址和线性地址是两种不同的地址空间,但在Linux中逻辑地址就等于线性地址,它们的值是一样的)。