【Linux】进程虚拟地址空间

进程虚拟地址空间打破了我一直以来对于程序地址空间的认识，它真的好神奇。
我们首先来看一下下面这段代码：

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 /*4  *定义一个全局变量5  *创建子进程6  *修改变量值，再取地址，观察地址是否一样7  * */8 int glo_val=10;9 int main()10 {11   pid_t ret = fork();12   if(ret < 0)13     return 0;14   else if(ret == 0)15   {16     //child17     glo_val = 20;18     printf("I am child,glo_val = %d,address = %p\n",glo_val,&glo_val);19   }else if(ret > 0)20   {21     //father 22     printf("I am father,glo_val = %d,address = %p\n",glo_val,&glo_val);23   }24   return 0;25 }

我们来看一下它的运行结果：

是不是很神奇！！！
打印出来的两个地址相同，但是！值不一样！！
就非常奇怪啊，为什么会这个样子呢？难道我拿的地址是假地址？我取地址的方式有误？但是我检查过了，没有毛病，所以这个可能是某个我不知道的知识引起的，于是，我去查了查，下面就给大家解密。

通过上面的程序和它的运行结果，我们可以发现：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，但是地址值是一样的，说明这个地址肯定不是物理地址！！！打印的这种地址叫做虚拟地址。

操作系统为什么要弄一个虚拟地址出来呢？

提高内存的使用率

虚拟地址：我们用户是看不到物理地址的，那大家可能就有疑问了，我取地址取的不是地址吗？是地址，只不过是虚拟地址，真正的物理地址是由OS统一管理的。OS需要将程序中的虚拟地址转化为物理地址。

进程虚拟地址空间

在32为操作系统下，OS为每一个进程无差别的虚拟出4G的虚拟地址空间，程序在访问内存的时候，访问的是虚拟地址空间，既然是虚拟地址空间，那就不能直接存储数据，存储数据还是得存储在真正的物理空间里，于是OS就需要将虚拟地址空间转化为物理地址进行访问。那怎么转化呢？就使用我们接下来将要提到的页表。

为什么OS要给每一个进程都虚拟出来一个进程虚拟地址空间呢？为什么不直接允许进程访问物理内存呢？

因为各个进程访问同一个内存地址空间，就会不可控，可能会导致越界访问。在有限的内存空间里，进程它是不知道哪块内存是被其他进程使用的，也不知道哪块内存是空闲的。所以，在这种场景下，让进程直接访问物理内存，一定会导致多个进程在访问物理内存时出现混乱。所以，内存由OS统一管理起来，但是又不能采用预先分配内存的方式给进程，因为OS也不清楚进程真正要保存多少数据，不知道分配多少内存给进程合适，于是操作系统就虚拟的给每一个进程分配了4G（32位操作系统下）的地址，这个地址是虚拟的地址。
进程需要保存数据，或者申请内存的时候，操作的都是虚拟地址，让操作系统再给进程进行分配，同时也节省空间，用多少分配多少，这样是不是就很合理。
每一个进程无差别的使用拿到的虚拟地址，OS会将虚拟地址通过页表映射转换为真正的物理地址。

页表映射

进程虚拟地址空间和物理内存之间存在着映射关系，就是页表映射，将虚拟地址分成一页一页的，将物理内存分为一块一块的，通过页表来记录虚拟地址和物理地址的映射关系，页表由页号和页内偏移构成。
我们可以通过虚拟地址+页表的方式来找到物理地址。

虚拟地址 = 页号+页内偏移
页号 = 虚拟地址 / 页的大小
页内偏移 = 虚拟地址 % 页的大小

这样我们就能根据页的起始地址找到具体的物理地址。
同时需要注意的是，在进行内存分配的时候，我们不采取连续分配的方式，而是采用一页一页离散分配的方式，主要是为了防止产生内存碎片。

最后总结一下：

每个进程都有独立的虚拟地址空间，进程访问的并不是真正的物理地址。
虚拟地址可以通过每个进程上面的页表与物理地址进程映射，获得真正的物理地址。。
页表在每个进程的内核虚拟地址空间里
如果虚拟地址对应的物理地址不在内存当中，就会产生缺页中断，真正分配物理地址，同时更新进程的页表，如果此时物理内存已经耗尽，则根据内存替换算法淘汰部分页面至物理磁盘中。

【Linux】进程虚拟地址空间相关推荐

Linux进程虚拟地址空间
1. 前言谈到Linux进程虚拟地址空间,还要从程序说起.本文通过分析程序的编译执行过程,分享了Linux进程虚拟地址空间的结构.组织和创建,并通过分析Linux内核源代码,总结了进程.进程虚拟地址 ...
Linux虚拟内存和进程虚拟地址空间简述
后台开发经常会问此类问题,虽说难度不大,但是知道和不知道还是有区别的.以下的内容总结自<深入理解Linux内核>第一章,仅仅是简述,没有深入研究,毕竟内存管理这一块内容超级多,感兴趣的同学 ...
Linux内核虚拟地址空间，-3G的由来。各个进程的虚拟内存4G，内核总在3-4G。内核的虚拟空间地址-3G，总是指向物理内存的0-1G地址，各个进程的虚拟内核共享这个物理内存
Linux内核地址空间划分通常 32 位 Linux 内核地址空间划分 0~3G 为用户空间,3~4G 为内核空间.64 位内核地址空间划分是不同的. Linux内核高端内存当内核模块代码或线程访 ...
14 [虚拟化] 虚存抽象；Linux进程的地址空间
14 [虚拟化] 虚存抽象:Linux进程的地址空间南京大学操作系统课蒋炎岩老师网络课程笔记. 视频:https://www.bilibili.com/video/BV1N741177F5?p=14 ...
2.4父子进程虚拟地址空间情况
内核区中,父进程和子进程的pid是不同的. 定义的局部变量pid在栈空间中,父子进程中栈空间中的pid不同,在父进程中为子进程的进程号,在子进程中为0 实际上,更准确来说,linux的fork()是通 ...
一篇长文叙述Linux内核虚拟地址空间的基本概括
x86-32位虚拟地址空间就我们所知,Linux内核一般将处理器的虚拟地址空间划分为两个部分.底部比较大的部分用于用户进程,顶部则专用于内核.虽然(在两个用户进程之间的)上下文切换期间会改变下半部分 ...
【读书笔记】【程序员的自我修养 -- 链接、装载与库（二）】进程虚拟地址空间、装载与动态链接、GOT、全局符号表、共享库的组织、DLL、C++与动态链接
文章目录前言介绍可执行文件的装载与进程进程虚拟地址空间装载方式操作系统对可执行文件的装载进程虚存空间分布 ELF文件的链接视图和执行视图堆和栈 Linux 内核装载ELF & ...
父子进程虚拟地址空间情况
父子进程虚拟地址空间情况笔记来源于牛客网<Linux多进程开发> The child process and the parent process run in separate mem ...
【Linux】虚拟地址空间
文章目录 1. 物理地址和虚拟地址定义 2. 虚拟地址空间分布 2.1 内核空间 2.2 栈(stack) 2.3 堆(heap) 2.4 BSS段 2.5 数据段(Data) 2.6 代码段(tex ...

【Linux】进程虚拟地址空间

【Linux】进程虚拟地址空间相关推荐

最新文章

热门文章