進(jìn)程管理、進(jìn)程地址空間管理、內(nèi)存管理

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1、進(jìn)程與內(nèi)存進(jìn)程如何使用內(nèi)存？亳無疑問所有進(jìn)程（執(zhí)行的程序）都必須占用一定數(shù)量的內(nèi)存,它或是用來存放從磁盤載入的程序代碼，或是存放取fl用戶輸入的數(shù)據(jù)等等。不過進(jìn)程對這些內(nèi)存的管理方式因內(nèi)存用途不一而不盡相同，有些內(nèi)存是爭先靜態(tài)分配和統(tǒng)一回收的，而有些卻是按需要?jiǎng)討B(tài)分配和回收的。對任何一個(gè)嚴(yán)通進(jìn)程來講，它都會(huì)涉及到5種不同的數(shù)據(jù)段。稍有編程知識的朋友都該能想到這兒個(gè)數(shù)據(jù)段種包含有“程序代碼段”、“程序數(shù)據(jù)段”、“程序堆棧段”等。不錯(cuò)，這兒種數(shù)據(jù)段都在其中，但除了以上兒種數(shù)據(jù)段Z外，進(jìn)程還另外包含兩種數(shù)據(jù)段。下面我們來簡

2、單歸納一下進(jìn)程對應(yīng)的內(nèi)存空間中所包含的5種不同的數(shù)據(jù)區(qū)。代碼段：代碼段是用來存放可執(zhí)行9文件的操作指令，也就是說是它是可執(zhí)行程序在內(nèi)存種的鏡像。代碼段需耍防止在運(yùn)行時(shí)彼非法修改，所以只準(zhǔn)許讀取操作，而不允許寫入（修改）操作——它是不可寫的。數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)段用來存放可執(zhí)行文件中已初始化全局變量，換句話說就是存放程序靜態(tài)分配的變量和全局變址。BSS段：BSS段包含了程序中耒初始化全局變雖，在內(nèi)存中bss段全部耗零。堆（heap）:堆是用于存放進(jìn)程運(yùn)行中被動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存段,它大小并不固定，可動(dòng)態(tài)擴(kuò)張或縮減。當(dāng)進(jìn)程調(diào)用mall

3、oc等函數(shù)分配內(nèi)存時(shí)，新分配的內(nèi)存就被動(dòng)態(tài)添加到堆上（堆被擴(kuò)張）；當(dāng)利用仇c等函數(shù)鄴放內(nèi)存時(shí)，被釋放的內(nèi)存從堆中被剔除（堆被縮減）棧：棧是用戶存放程序臨時(shí)創(chuàng)建的局部變昴，也就是說我們函數(shù)括弧“{}”中定義的變呈（但不包括static明的變量，static意味這在數(shù)據(jù)段中存放變量）。除此以外在兩數(shù)被調(diào)用時(shí)，其參數(shù)也會(huì)被壓入發(fā)起調(diào)用的進(jìn)程棧中，并且待到調(diào)用結(jié)束片，函數(shù)的返回值也回被存放回棧中。由于棧的先進(jìn)先出特點(diǎn)，所以棧特別方便用來保存/恢復(fù)調(diào)用現(xiàn)場。從這個(gè)憊義上將我們可以把堆?？闯梢粋€(gè)臨時(shí)數(shù)據(jù)寄存、交換的內(nèi)存區(qū)。進(jìn)程如

4、何組織這些區(qū)域？上述兒種內(nèi)存區(qū)域中數(shù)據(jù)段、BSS和堆通常是被連續(xù)存儲(chǔ)的一內(nèi)存位笹上是連續(xù)的，而代碼段和棧往往會(huì)被獨(dú)芷存放。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”（i386體系結(jié)構(gòu)中棧向下、堆向上），一個(gè)向上“長”，相對而生。但你不必?fù)?dān)心他們會(huì)碰頭，因?yàn)樗麄僙間間隔很大（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。卜圖簡要描述『進(jìn)程內(nèi)存區(qū)域的分布:代碼段從前面的例子，我們對進(jìn)程使用的邏輯內(nèi)存分布已經(jīng)先睹為快。這部分我們就繼續(xù)進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核看看進(jìn)程對內(nèi)存具體是如何進(jìn)行分配和管

5、理的。從用戶向內(nèi)核看，所使用的內(nèi)存表象形式會(huì)依次經(jīng)歷“邏輯地址”一“線形地址”一“物理地址”幾種形式（關(guān)于幾種地址的解釋在前而已經(jīng)講述了）。邏輯地址經(jīng)段機(jī)制轉(zhuǎn)化成線性地址；線性地址乂經(jīng)過頁機(jī)制轉(zhuǎn)化為物理地址。（但是我們要知道Linux系統(tǒng)雖然保留了段機(jī)制，但是將所冇程序的段地址都定死為0-4G,所以雖然邏祈地址和線性地址是兩種不同的地址空間，但在Linux中邏輯地址就等于線性地址，它們的值是-樣的）。沿著這條線索，我們所研究的主耍問題也就集中在下而幾個(gè)問題。1.進(jìn)程空間地址如何管理？2.進(jìn)程地址如何映射到物理內(nèi)存？3

6、.物理內(nèi)存如何被管理？以及由上述問題引發(fā)的一些子問題。如系統(tǒng)虛擬地址分布;內(nèi)存分配接口;連續(xù)內(nèi)存分配與非連續(xù)內(nèi)存分配等。進(jìn)程內(nèi)存空間Linux操作系統(tǒng)采用虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，使得每個(gè)進(jìn)程都有各自互不干涉的進(jìn)程地址空間。該空間是塊人小為4G的線性虛擬空間，用戶所看到和接觸的都是該虛擬地址，無法看到實(shí)際的物理內(nèi)存地址。利用這種虛擬地址不但能起到保護(hù)操作系統(tǒng)的效果（用戶不能立接訪問物理內(nèi)存），而11更重要的是川戶程序可使用比實(shí)際物理內(nèi)存更大的地址空間（具體的原因請看硬件基礎(chǔ)部分）。在討論進(jìn)程空間細(xì)節(jié)前，請人家這里先耍澄清下面

7、兒個(gè)問題。第一、4G的進(jìn)程地址空間被人為的分為兩個(gè)部分一用戶空間與內(nèi)核空間。用戶空間從0到3G（OxCOOOOOOO）,內(nèi)核空間占據(jù)3G到4G。用戶進(jìn)程通常情況下只能訪問用戶空間的虛擬地址，不能訪問內(nèi)核空間虛擬地址。例外情況只有用戶進(jìn)程進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用（代表用戶進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)執(zhí)行）等時(shí)刻町以訪問到內(nèi)核空間。第二、川戶空間對應(yīng)進(jìn)程，所以每當(dāng)進(jìn)程切換，川戶空間就會(huì)跟著變化:而內(nèi)核空間是由內(nèi)核負(fù)責(zé)映射，它并不會(huì)跟著進(jìn)程改變，是同定的。內(nèi)核空間地址冇自己對應(yīng)的頁表（init_mm.pgd）,用戶進(jìn)程各白冇不同的頁表。第三、每個(gè)進(jìn)程

8、的用戶空間都是完全獨(dú)立、互不相下的。不信的話，你可以把上面的程序同時(shí)運(yùn)行10次（當(dāng)然為了同時(shí)運(yùn)行，讓它們在返回前一同睡眠100秒吧），你會(huì)看到10個(gè)進(jìn)程占用的線性地址--模--樣。進(jìn)程內(nèi)存管理進(jìn)程內(nèi)存管理的對象是進(jìn)程線性地址空間上的內(nèi)存鏡像，這些內(nèi)存鏡像其實(shí)就是進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存區(qū)域（memoryregion）.跡程虛擬空間是個(gè)32或64位的“