1.Linux 進(jìn)程在內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

     可以看到一個(gè)可執(zhí)行程序在存儲(chǔ)（沒(méi)有調(diào)入內(nèi)存）時(shí)分為代碼段，數(shù)據(jù)段，未初始化數(shù)據(jù)段三部分：

     1) 代碼段：存放CPU執(zhí)行的機(jī)器指令。通常代碼區(qū)是共享的，即其它執(zhí)行程序可調(diào)用它。假如機(jī)器中有數(shù)個(gè)進(jìn)程運(yùn)行相同的一個(gè)程序，那么它們就可以使用同一個(gè)代碼段。
     2) 數(shù)據(jù)段：存放已初始化的全局變量，靜態(tài)變量（包括全局和局部的），常量。static全局變量和static函數(shù)只能在當(dāng)前文件中被調(diào)用。
      3) 未初始化數(shù)據(jù)區(qū)（uninitializeddata segment,BSS)：存放全局未初始化的變量。BSS的數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行之前被初始化為0或NULL。

      代碼區(qū)所在的地址空間最低，往上依次是數(shù)據(jù)區(qū)和BSS區(qū)，并且數(shù)據(jù)區(qū)和BSS區(qū)在內(nèi)存中是緊挨著的。。

     可執(zhí)行程序在運(yùn)行時(shí)又多出了兩個(gè)區(qū)域：棧段（Stack）和堆段(Heap)。
      4) 棧區(qū):由編譯器自動(dòng)釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量等。每當(dāng)一個(gè)函數(shù)被調(diào)用時(shí)，該函數(shù)的返回類型和一些調(diào)用的信息被存儲(chǔ)到棧中。然后這個(gè)被調(diào)用的函數(shù)再為它的自動(dòng)變量和臨時(shí)變量在棧上分配空間。每調(diào)用一個(gè)函數(shù)一個(gè)新的棧就會(huì)被使用。棧區(qū)是從高地址位向低地址位增長(zhǎng)的，是一塊連續(xù)的內(nèi)在區(qū)域，最大容量是由系統(tǒng)預(yù)先定義好的，申請(qǐng)的?？臻g超過(guò)這個(gè)界限時(shí)會(huì)提示溢出，用戶能從棧中獲取的空間較小。
       5) 堆段:用于存放進(jìn)程運(yùn)行中被動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存段，位于BSS和棧中間的地址位。由程序員申請(qǐng)分配（malloc)和釋放（free）。堆是從低地址位向高地址位增長(zhǎng)，采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。頻繁地malloc/free造成內(nèi)存空間的不連續(xù)，產(chǎn)生碎片。當(dāng)申請(qǐng)堆空間時(shí)庫(kù)函數(shù)按照一定的算法搜索可用的足夠大的空間。因此堆的效率比棧要低的多。

      這個(gè)5中內(nèi)存區(qū)域中數(shù)據(jù)段、BSS和堆通常是被連續(xù)存儲(chǔ)的——內(nèi)存位置上是連續(xù)的，而代碼段和棧往往會(huì)被獨(dú)立存放。有趣的是堆和棧兩個(gè)區(qū)域關(guān)系很“曖昧”，他們一個(gè)向下“長(zhǎng)”（i386體系結(jié)構(gòu)中棧向下、堆向上），一個(gè)向上“長(zhǎng)”，相對(duì)而生。但你不必?fù)?dān)心他們會(huì)碰頭，因?yàn)樗麄冎g間隔很大（到底大到多少，你可以從下面的例子程序計(jì)算一下），絕少有機(jī)會(huì)能碰到一起。

下圖簡(jiǎn)要描述了進(jìn)程內(nèi)存區(qū)域的分布：

1. 物理地址(physical address)

      物理內(nèi)存，真實(shí)存在的插在主板內(nèi)存槽上的內(nèi)存條的容量的大小.

      內(nèi)存是由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成的，每個(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)編號(hào)，這種編號(hào)可唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)存儲(chǔ)單元，稱為內(nèi)存地址（或物理地址）。我們可以把內(nèi)存看成一個(gè)從0字節(jié)一直到內(nèi)存最大容量逐字節(jié)編號(hào)的存儲(chǔ)單元數(shù)組，即每個(gè)存儲(chǔ)單元與內(nèi)存地址的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。

   
2. 虛擬內(nèi)存(Virtual memory)(也叫虛擬存儲(chǔ)器)

      虛擬內(nèi)存地址就是每個(gè)進(jìn)程可以直接尋址的地址空間，不受其他進(jìn)程干擾。每個(gè)指令或數(shù)據(jù)單元都在這個(gè)虛擬空間中擁有確定的地址。      

      虛擬內(nèi)存就是進(jìn)程中的目標(biāo)代碼，數(shù)據(jù)等虛擬地址組成的虛擬空間     

      虛擬內(nèi)存不考慮物理內(nèi)存的大小和信息存放的實(shí)際位置，只規(guī)定進(jìn)程中相互關(guān)聯(lián)信息的相對(duì)位置。每個(gè)進(jìn)程都擁有自己的虛擬內(nèi)存，且虛擬內(nèi)存的大小由處理機(jī)的地址結(jié)構(gòu)和尋址方式?jīng)Q定。

       如直接尋址，如果cpu的有效地址長(zhǎng)度為16位，則其尋址范圍0 -64k。

       再比如32位機(jī)器可以直接尋址4G空間，意思是每個(gè)應(yīng)用程序都有4G內(nèi)存空間可用。但是顯然機(jī)器內(nèi)存罕有如此之大，可以支持每個(gè)程序使用4G內(nèi)存的。
      虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存的區(qū)別：虛擬內(nèi)存就與物理內(nèi)存相反，是指根據(jù)系統(tǒng)需要從硬盤虛擬地勻出來(lái)的內(nèi)存空間，是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存管理技術(shù)，屬于計(jì)算機(jī)程序，而物理內(nèi)存為硬件。因?yàn)橛袝r(shí)候當(dāng)你處理大的程序時(shí)候系統(tǒng)內(nèi)存不夠用，此時(shí)就會(huì)把硬盤當(dāng)內(nèi)存來(lái)使用，來(lái)交換數(shù)據(jù)做緩存區(qū)，不過(guò)物理內(nèi)存的處理速度是虛擬內(nèi)存的30倍以上。

3. 邏輯地址(logical address)

        源程序經(jīng)過(guò)匯編或編譯后，形成目標(biāo)代碼，每個(gè)目標(biāo)代碼都是以0為基址順序進(jìn)行編址的，原來(lái)用符號(hào)名訪問(wèn)的單元用具體的數(shù)據(jù)——單元號(hào)取代。這樣生成的目標(biāo)程序占據(jù)一定的地址空間，稱為作業(yè)的邏輯地址空間，簡(jiǎn)稱邏輯空間。

       在邏輯空間中每條指令的地址和指令中要訪問(wèn)的操作數(shù)地址統(tǒng)稱為邏輯地址。即應(yīng)用程序中使用的地址。要經(jīng)過(guò)尋址方式的計(jì)算或變換才得到內(nèi)存中的物理地址。

       很簡(jiǎn)單，邏輯地址就是你源程序里使用的地址，或者源代碼經(jīng)過(guò)編譯以后編譯器將一些標(biāo)號(hào)，變量轉(zhuǎn)換成的地址，或者相對(duì)于當(dāng)前段的偏移地址。

      邏輯地址是指由程序產(chǎn)生的與段相關(guān)的偏移地址部分。例如，你在進(jìn)行C語(yǔ)言指針編程中，可以讀取指針變量本身值(&操作)，實(shí)際上這個(gè)值就是邏輯地址，它是相對(duì)于你當(dāng)前進(jìn)程數(shù)據(jù)段的地址，不和絕對(duì)物理地址相干。只有在Intel實(shí)模式下，邏輯地址才和物理地址相等（因?yàn)閷?shí)模式?jīng)]有分段或分頁(yè)機(jī)制,Cpu不進(jìn)行自動(dòng)地址轉(zhuǎn)換）；邏輯也就是在Intel保護(hù)模式下程序執(zhí)行代碼段限長(zhǎng)內(nèi)的偏移地址（假定代碼段、數(shù)據(jù)段如果完全一樣）。應(yīng)用程序員僅需與邏輯地址打交道，而分段和分頁(yè)機(jī)制對(duì)您來(lái)說(shuō)是完全透明的，僅由系統(tǒng)編程人員涉及。應(yīng)用程序員雖然自己可以直接操作內(nèi)存，那也只能在操作系統(tǒng)給你分配的內(nèi)存段操作。

     不過(guò)有些資料是直接把邏輯地址當(dāng)成虛擬地址，兩者并沒(méi)有明確的界限。

    在linux內(nèi)核，虛擬地址是3G－4G這段地址，它與物理地址通過(guò)頁(yè)表來(lái)映射，邏輯地址是指3G－3G＋main_memory_size這段虛擬地址，它與物理地址的映射是線性的，當(dāng)然也可以通過(guò)頁(yè)表映射。所以邏輯地址是虛擬地址的一部分。

        邏輯地址的組成：是由一個(gè)段標(biāo)識(shí)符加上一個(gè)指定段內(nèi)相對(duì)地址的偏移量，表示為 [段標(biāo)識(shí)符：段內(nèi)偏移量]

                      圖4.1  作業(yè)的名空間、邏輯地址空間和裝入后的物理空間

4. 線性地址或Linux下也叫虛擬地址(virtual address)

         這個(gè)地址很重要，也很不容易理解。分段機(jī)制下CPU尋址是二維的地址即，段地址：偏移地址，CPU不可能認(rèn)識(shí)二維地址，因此需要轉(zhuǎn)化成一維地址即，段地址*16+偏移地址，這樣得到的地址便是線性地址（在未開啟分頁(yè)機(jī)制的情況下也是物理地址）。這樣有什么意義呢？或者說(shuō)這個(gè)一維地址的計(jì)算方法隨便一個(gè)學(xué)計(jì)算機(jī)的人都知道，但是你真的理解它的意思嗎？要想理解它的意思，必須要知道什么是地址空間，下文詳述。

       線性地址是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層。程序代碼會(huì)產(chǎn)生邏輯地址，或者說(shuō)是段中的偏移地址，加上相應(yīng)段的基地址就生成了一個(gè)線性地址。如果啟用了分頁(yè)機(jī)制，那么線性地址可以再經(jīng)變換以產(chǎn)生一個(gè)物理地址。若沒(méi)有啟用分頁(yè)機(jī)制，那么線性地址直接就是物理地址。Intel 80386的線性地址空間容量為4G（2的32次方即32根地址總線尋址）。

       跟邏輯地址類似，它也是一個(gè)不真實(shí)的地址，如果邏輯地址是對(duì)應(yīng)的硬件平臺(tái)段式管理轉(zhuǎn)換前地址的話，那么線性地址則對(duì)應(yīng)了硬件頁(yè)式內(nèi)存的轉(zhuǎn)換前地址。

       CPU將一個(gè)虛擬內(nèi)存空間中的地址轉(zhuǎn)換為物理地址，需要進(jìn)行兩步：首先將給定一個(gè)邏輯地址（其實(shí)是段內(nèi)偏移量=），CPU要利用其段式內(nèi)存管理單元，先將為個(gè)邏輯地址轉(zhuǎn)換成一個(gè)線程地址，再利用其頁(yè)式內(nèi)存管理單元，轉(zhuǎn)換為最終物理地址。