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门泊东吴万里船

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linux-虚拟地址空间

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linux文件描述符

  • 文件描述符在内核区
  • 进程控制块有文件描述符表，文件描述符号表有1024大小数组，其中0，1，2为默认打开的分别表示标准输入，标准输出，标准错误
  • 每打开一个新文件，则占用一个文件描述符，而且使用的是最小的一个文件描述符

linux虚拟地址空间

  • 0 - 3G为用户区
  • 3G - 4G为内核区
  • ELF是linux下可执行文件的文件格式
  • ELF段 包括.bss(为初始化全局变量) .dada(已经初始化的全局变量) 其他段(只读数据段，符号段) .text(代码段，二进制机器指令)
  • 受保护地址不允许用户访问 #define NULL (void*) 0 在此段
  • 动态库在共享库根据相对地址读取，静态库直接在代码段读取

用户地址空间

栈(stack)

栈又称堆栈，由编译器自动分配释放，行为类似数据结构中的栈(先进后出)。堆栈主要有三个用途：

  • 为函数内部声明的非静态局部变量提供存储空间。
  • 记录函数调用过程相关的维护性信息，称为栈帧(Stack Frame)或过程活动记录(Procedure Activation Record)。它包括函数返回地址，不适合装入寄存器的函数参数及一些寄存器值的保存。除递归调用外，堆栈并非必需。因为编译时可获知局部变量，参数和返回地址所需空间，并将其分配于BSS段。
  • 临时存储区，用于暂存长算术表达式部分计算结果或alloca()函数分配的栈内内存。
内存映射段(mmap)
  • 内核将硬盘文件的内容直接映射到内存, 任何应用程序都可通过Linux的mmap()系统调用或Windows的CreateFileMapping()/MapViewOfFile()请求这种映射。
  • 内存映射是一种方便高效的文件I/O方式， 因而被用于装载动态共享库。用户也可创建匿名内存映射，该映射没有对应的文件, 可用于存放程序数据。在 Linux中，若通过malloc()请求一大块内存，C运行库将创建一个匿名内存映射，而不使用堆内存。
  • 该区域用于映射可执行文件用到的动态链接库。
堆(heap)
  • 堆用于存放进程运行时动态分配的内存段，可动态扩张或缩减。堆中内容是匿名的，不能按名字直接访问，只能通过指针间接访问。
  • 分配的堆内存是经过字节对齐的空间，以适合原子操作。
  • 堆管理器通过链表管理每个申请的内存，由于堆申请和释放是无序的，最终会产生内存碎片。
  • 堆的末端由break指针标识，当堆管理器需要更多内存时，可通过系统调用brk()和sbrk()来移动break指针以扩张堆，一般由系统自动调用。
栈和堆的区别

  1. 管理方式：栈由编译器自动管理;

    堆由程序员控制，易产生内存泄露。

  2. 生长方向：栈向低地址扩展，是连续的内存区域;

    堆向高地址扩展,是不连续的内存区域。这是由于系统用链表来存储空闲内存地址，自然不连续，而链表从低地址向高地址遍历。

  3. 空间大小：栈顶地址和栈的最大容量由系统预先规定(通常默认2M或10M);

    堆的大小则受限于计算机系统中有效的虚拟内存

  4. 存储内容：栈在函数调用时，首先压入主调函数中下条指令(函数调用语句的下条可执行语句)的地址，然后是函数实参，然后是被调函数的局部变量。本次调用结束后，局部变量先出栈，然后是参数，最后栈顶指针指向最开始存的指令地址，程序由该点继续运行下条可执行语句。

    堆通常在头部用一个字节存放其大小，堆用于存储生存期与函数调用无关的数据，具体内容由程序员安排。

  5. 分配方式：栈可静态分配或动态分配。静态分配由编译器完成，如局部变量的分配。动态分配由alloca函数在栈上申请空间，用完后自动释放。

    堆只能动态分配且手工释放。

  6. 分配效率：栈由计算机底层提供支持：分配专门的寄存器存放栈地址，压栈出栈由专门的指令执行，因此效率较高。

    堆由函数库提供，机制复杂，效率比栈低得多。

  7. 分配后系统响应：只要栈剩余空间大于所申请空间，系统将为程序提供内存，否则报告异常提示栈溢出。

    操作系统为堆维护一个记录空闲内存地址的链表。当系统收到程序的内存分配申请时，会遍历该链表寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点空间分配给程序。若无足够大小的空间(可能由于内存碎片太多)，有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，以便有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。，大多数系统会在该内存空间首地址处记录本次分配的内存大小，供后续的释放函数(如free/delete)正确释放本内存空间。此外，由于找到的堆结点大小不一定正好等于申请的大小，系统会自动将多余的部分重新放入空闲链表中。
    1. 碎片问题：栈不会存在碎片问题，因为栈是先进后出的队列，内存块弹出栈之前，在其上面的后进的栈内容已弹出。
      而频繁申请释放操作会造成堆内存空间的不连续，从而造成大量碎片，使程序效率降低。
BSS(Block Started by Symbol)段
  • 未初始化的全局变量和静态局部变量
  • 初始值为0的全局变量和静态局部变量(依赖于编译器实现)
  • 未定义且初值不为0的符号(该初值即common block的大小)
数据段(data)
  • 数据段通常用于存放程序中已初始化且初值不为0的全局变量和静态局部变量。数据段属于静态内存分配(静态存储区)，可读可写。

代码段(text)

代码段也称正文段或文本段，通常用于存放程序执行代码