【Linux系统化学习】进程地址空间 | 虚拟地址和物理地址的关系

本文主要是介绍【Linux系统化学习】进程地址空间 | 虚拟地址和物理地址的关系,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

=========================================================================

个人主页点击直达:小白不是程序媛

Linux专栏:Linux系统化学习

代码仓库:Gitee

=========================================================================

目录

虚拟地址和物理地址

页表

进程地址空间

进程地址空间存在的意义


虚拟地址和物理地址

我们在学习C/C++的时候肯定都见过下面这张有关于内存分布的图片:

在来段代码理解感受下:

  1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 //未初始化常量4 int un_gval;5 //初始化常量6 int init_gval=100;7 int main()8 {9     //代码区地址10     printf("code addr: %p\n",main);11     //字符常量12    const char *str="hellolinux!";13 14     //常量区地址15     printf("read only char addr : %p\n",str);16     //已初始化全局数据区17     printf("init global value addr: %p\n",&init_gval);18     //未初始化全局数据区19     printf("uninit global value addr: %p\n",&un_gval);20 21     char *heap1=(char*)malloc(100);22     char *heap2=(char*)malloc(100);23     char *heap3=(char*)malloc(100);24     char *heap4=(char*)malloc(100);25     static int a=0;26     printf("heap1 addr:%p\n",heap1);                                                                                                                                                                    27     printf("heap2 addr:%p\n",heap2);28     printf("heap3 addr:%p\n",heap3);29     printf("heap4 addr:%p\n",heap4);30 31     printf("stack addr:%p\n",&str);32     printf("stack addr:%p\n",&heap1);33     printf("stack addr:%p\n",&heap2);34     printf("stack addr:%p\n",&heap3);35     printf("stack addr:%p\n",&heap4);36     printf("a addr:%p\n",&a);37 38     return 0;39 }

通过上面这段代码,我们好像不仅验证了上面的空间分布图片,而且还发现了栈区和堆区相向而生的内存开辟特点。

上两篇文章我们介绍了命令行参数和环境变量,其实这两个就储存在栈区之上的空间,来段代码验证下:

    1 #include<stdio.h>
W>  2 int main(int argc , char *argv[], char *env[])3 {4     int i=0;5     printf("i addr:%p\n",&i);                              6     for(;argv[i];i++)7     {8         printf("argv[%d]:%p\n",i,argv[i]);9     }10     for(i=0;env[i];i++)11     {12         printf("env[%d]:%p\n",i,env[i]);13     }14     return 0;15 }~

 

验证完这些,话说回来其实我们之前学的对内存的概念就上面所介绍的内容其实都不是真正意义上的内存是虚拟内存,不是我们真正意义上的内存物理地址。

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>                                                                                                                                                                     4 int g_val = 100;5 6 int main()7 {8     pid_t id = fork();9     if(id == 0)10     {11         //child12         int cnt = 5;13         while(1)14         {15             printf("child, Pid: %d, Ppid: %d, g_val: %d, &g_val=%p\n", getpid(), getppid(), g_val, &g_val);16             sleep(1);17             if(cnt == 0)18             {19                 g_val=200;20                printf("child change g_val: 100->200\n");21             }22             cnt--;23         }24     }25     else26     {27         //father28         while(1)29         {30             printf("father, Pid: %d, Ppid: %d, g_val: %d, &g_val=%p\n", getpid(), getppid(), g_val, &g_val);31             sleep(1);32         }33     }34 35     sleep(100);36     return 0;37 }

我们发现,父子进程,输出地址是一致的,但是变量内容不一样!能得出如下结论:

  • 变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量 
  • 但地址值是一样的,说明,该地址绝对不是物理地址!
  • 在Linux地址下,这种地址叫做 虚拟地址
  • 我们在用C/C++语言所看到的地址,全部都是虚拟地址!物理地址,用户一概看不到,由OS统一管理OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址 

我们再将同一个可执行程序同时运行也会发现两个进程的获取到的地址竟然也是一样的。

 话又说回来,我们的可执行程序运行时肯定会加载到内存中,因此虚拟地址和物理地址一定有关联,这个关联就是页表


页表

页表就是将虚拟地址和物理地址联系起来的一种模型,其中还包括变量是否可以被修改,进程的状态等诸多信息。

上面的图就足矣说名问题,同一个变量,地址相同,其实是虚拟地址相同,内容不同其实是被映射到了不同的物理地址!

每个进程的页表的物理地址存在与CPU中CR3的寄存器中


进程地址空间

进程地址空间其实我们可以使用内存大小的一个范围,以我们32位总线的机器为例:它的范围为0000 0000 -> ffff ffff ,也就是0到2^32次方(我们所谓的4GB)。模拟其物理空间大小进行区域划分后形成栈区、堆区等等的虚拟地址,操作系统通过结构体将每个区域的起始和结束统计记录起来,进程的PCB中含有指向这个结构体的指针。

因此,每当新的进程创建时会形成对应的PCB,PCB和PCB中的虚拟地址结构体指针和页表关联起来,对真正上的物理地址进行使用。 


进程地址空间存在的意义

  • 让进程以统一的视角看待内存,所以任意一个进程,可以通过地址空间和页表可以将乱序的内存数据,变成有序,分门别类的规划好
  • 存在虚拟地址空间,可以有效的进行进程访问内存的安全检查
  • 将进程管理和内存管理进行解耦,通过页表让进程映射到不同的物理内存处,从而实现进程的独立性。

今天对Linux下进程地址空间的介绍分享到这就结束了,希望大家读完后有很大的收获,也可以在评论区点评文章中的内容和分享自己的看法。您三连的支持就是我前进的动力,感谢大家的支持!!!

这篇关于【Linux系统化学习】进程地址空间 | 虚拟地址和物理地址的关系的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/470945

相关文章

Python如何精准判断某个进程是否在运行

《Python如何精准判断某个进程是否在运行》这篇文章主要为大家详细介绍了Python如何精准判断某个进程是否在运行,本文为大家整理了3种方法并进行了对比,有需要的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 目录一、为什么需要判断进程是否存在二、方法1:用psutil库(推荐)三、方法2:用os.system调用

Linux命令之firewalld的用法

《Linux命令之firewalld的用法》:本文主要介绍Linux命令之firewalld的用法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux命令之firewalld1、程序包2、启动firewalld3、配置文件4、firewalld规则定义的九大

Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析

《Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析》:本文主要介绍Java程序进程起来了但是不打印日志的原因分析,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录Java程序进程起来了但是不打印日志的原因1、日志配置问题2、日志文件权限问题3、日志文件路径问题4、程序

Linux之计划任务和调度命令at/cron详解

《Linux之计划任务和调度命令at/cron详解》:本文主要介绍Linux之计划任务和调度命令at/cron的使用,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux计划任务和调度命令at/cron一、计划任务二、命令{at}介绍三、命令语法及功能 :at

Linux下如何使用C++获取硬件信息

《Linux下如何使用C++获取硬件信息》这篇文章主要为大家详细介绍了如何使用C++实现获取CPU,主板,磁盘,BIOS信息等硬件信息,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以了解下... 目录方法获取CPU信息:读取"/proc/cpuinfo"文件获取磁盘信息:读取"/proc/diskstats"文

Linux内核参数配置与验证详细指南

《Linux内核参数配置与验证详细指南》在Linux系统运维和性能优化中,内核参数(sysctl)的配置至关重要,本文主要来聊聊如何配置与验证这些Linux内核参数,希望对大家有一定的帮助... 目录1. 引言2. 内核参数的作用3. 如何设置内核参数3.1 临时设置(重启失效)3.2 永久设置(重启仍生效

kali linux 无法登录root的问题及解决方法

《kalilinux无法登录root的问题及解决方法》:本文主要介绍kalilinux无法登录root的问题及解决方法,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,... 目录kali linux 无法登录root1、问题描述1.1、本地登录root1.2、ssh远程登录root2、

Python中使用正则表达式精准匹配IP地址的案例

《Python中使用正则表达式精准匹配IP地址的案例》Python的正则表达式(re模块)是完成这个任务的利器,但你知道怎么写才能准确匹配各种合法的IP地址吗,今天我们就来详细探讨这个问题,感兴趣的朋... 目录为什么需要IP正则表达式?IP地址的基本结构基础正则表达式写法精确匹配0-255的数字验证IP地

Linux ls命令操作详解

《Linuxls命令操作详解》通过ls命令,我们可以查看指定目录下的文件和子目录,并结合不同的选项获取详细的文件信息,如权限、大小、修改时间等,:本文主要介绍Linuxls命令详解,需要的朋友可... 目录1. 命令简介2. 命令的基本语法和用法2.1 语法格式2.2 使用示例2.2.1 列出当前目录下的文

Linux中的计划任务(crontab)使用方式

《Linux中的计划任务(crontab)使用方式》:本文主要介绍Linux中的计划任务(crontab)使用方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录一、前言1、linux的起源与发展2、什么是计划任务(crontab)二、crontab基础1、cro