Linux內(nèi)存管理上

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1、Linux內(nèi)存管理（上）摘要：本章首先以應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者的角度審視Linux的進(jìn)程內(nèi)存管理，在此基礎(chǔ)上逐步深入到內(nèi)核中討論系統(tǒng)物理內(nèi)存管理和內(nèi)核內(nèi)存地使用方法。力求從外自內(nèi)、水到渠成地引導(dǎo)網(wǎng)友分析Linux地內(nèi)存管理與使用。在本章最后我們給出一個(gè)內(nèi)存映射地實(shí)例，幫助網(wǎng)友們理解內(nèi)核內(nèi)存管理與用戶內(nèi)存管理之間地關(guān)系，希望大家最終能駕馭Linux內(nèi)存管理。刖弓內(nèi)存管理一向是所有操作系統(tǒng)書(shū)籍不惜筆墨重點(diǎn)討論的內(nèi)容，無(wú)論市面上或是網(wǎng)上都充斥著大量涉及內(nèi)存管理的教材和資料。因此我們這里所要寫(xiě)的Linux內(nèi)存管理采取必重就輕的策略，從理論層面就

2、不去板門(mén)弄斧，貽笑人方了。我們最想做的和可能做到的是以開(kāi)發(fā)者的角度談?wù)剬?duì)內(nèi)存管理的理解，最終FI的是把我們?cè)趦?nèi)核開(kāi)發(fā)屮使用內(nèi)存的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)Linux內(nèi)存管理的認(rèn)識(shí)與大家共享。當(dāng)然這其中我們也會(huì)設(shè)計(jì)一些諸如段頁(yè)等內(nèi)存管理的基本理論，但我們目的不是為了強(qiáng)調(diào)理論，而是為了指導(dǎo)理解開(kāi)發(fā)屮的實(shí)踐，所以僅僅點(diǎn)到為止，不做深究。遵循“理論來(lái)源于實(shí)踐”的“教條”，我們先不必一下了就鉆入內(nèi)核里去看系統(tǒng)內(nèi)存到底是如何管理，那樣往往會(huì)讓你陷入似懂非懂的窘境（我當(dāng)年就犯了這個(gè)錯(cuò)誤！）。所以最好的方式是先從外部（用戶編程范疇）來(lái)觀察進(jìn)程如何使用內(nèi)存，等到對(duì)

3、大家內(nèi)存使用有了較直觀的認(rèn)識(shí)后，再深入到內(nèi)核屮去學(xué)習(xí)內(nèi)存如何被管理等理論知識(shí)。最后再通過(guò)一個(gè)實(shí)例編程將所講內(nèi)容融會(huì)貫通。進(jìn)程與內(nèi)存進(jìn)程如何使用內(nèi)存？毫無(wú)疑問(wèn)所冇進(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(lái)存放從磁盤(pán)載入的程序代碼，或是存放取口用戶輸入的數(shù)據(jù)等等。不過(guò)進(jìn)程對(duì)這些內(nèi)存的管理方式因內(nèi)存用途不一而不盡相同，冇些內(nèi)存是事先靜態(tài)分配和統(tǒng)一冋收的，而有些卻是按需要?jiǎng)討B(tài)分配和冋收的。對(duì)任何一個(gè)普通進(jìn)程來(lái)講，它都會(huì)涉及到5種不同的數(shù)據(jù)段。稍有編程知識(shí)的朋友都該能想到這幾個(gè)數(shù)據(jù)段種包含冇“程序代碼段”、“程序數(shù)據(jù)段”、“程

4、序堆棧段”等。不錯(cuò)，這幾種數(shù)據(jù)段都在其中，但除了以上幾種數(shù)據(jù)段Z外，進(jìn)程述另外包含兩種數(shù)據(jù)段。下而我們來(lái)簡(jiǎn)單歸納一下進(jìn)程對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間屮所包含的5種不同的數(shù)據(jù)區(qū)。代碼段??代碼段是用來(lái)存放可執(zhí)行文件的操作指令，也就是說(shuō)是它是可執(zhí)行程序在內(nèi)存種的鏡像。代碼段需要防止在運(yùn)行時(shí)被非法修改，所以只準(zhǔn)許讀取操作，而不允許寫(xiě)入（修改）操作——它是不可寫(xiě)的。數(shù)據(jù)段:數(shù)據(jù)段用來(lái)存放可執(zhí)行文件中已初始化全局變量，換句話說(shuō)就是存放程序靜態(tài)分配⑴的變量和全局變量。BSS段［2］：BSS段包含了程序屮未初始化全局變量，在內(nèi)存屮bss段全部置零。堆（he

5、ap）??堆是用于存放進(jìn)程運(yùn)行屮被動(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malloc等函數(shù)分配內(nèi)存吋，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free等函數(shù)釋放內(nèi)存時(shí)，被釋放的內(nèi)存從堆屮被剔除（堆被縮減）棧:棧是用戶存放程序臨時(shí)創(chuàng)建的局部變量，也就是說(shuō)我們函數(shù)扌舌弧“{}”屮定義的變量（但不包括static聲明的變量，static意味這在數(shù)據(jù)段屮存放變量）。除此以外在函數(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11待到調(diào)用結(jié)束后，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

6、特別方便用來(lái)保存/恢復(fù)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)。從這個(gè)意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)程如何組織這些區(qū)域？上述幾種內(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——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“曖味”，他們一個(gè)向下“長(zhǎng)”G386休系結(jié)構(gòu)屮棧向下、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。下圖簡(jiǎn)要描述了進(jìn)程內(nèi)存區(qū)域的分布：數(shù)據(jù)段BSS代碼段堆棧“事實(shí)勝于雄辯”,

7、我們用一個(gè)小例子(原形取自《User-LevelMemoryManagement》)來(lái)展示上面所講的各種內(nèi)存區(qū)的差別與位置。ffinclude^include^includemtbss_var;intdata_^arO=l;intmain(intargc,char*^argv){printf(,fbelowareaddressesoftypesofprocess'smem/nu);printf(nTextlocation:/n"丿；printf(f7tAddressof

8、main(CodeSegment):%p/n9main);printfC；/廿);intstack_i^ir0=2;printf(ffStackLocation:/n"丿；printf(f7tInitialendofstack:%p/nf&stack_var