操作系统 - 内存段

[xiwenAndlejian]

操作系统 - 内存段

《操作系统思考》读书笔记

《操作系统思考》

内存段

运行中的进程数据组织为4个段：

• text段：包含程序文本，即程序锁组成的机器语言指令。
• static段：包含编译器所分配的变量，包括全局变量，和使用static声明的局部变量。
• stack段：包含运行时栈，它由栈帧组成。每个栈帧包含函数参数、本地变量以及其他。
• heap段：包含运行时分配的内存块，通常通过调用C标准库函数malloc来分配。

以上段的组织方式部分取决于编译器，部分取决于操作系统。不同的操作系统中细节可能不同，但是下面这些是共同的：

• text段：靠近内存==底部==，即接近0的地址。
• static段：通常刚好在text段上面。
• stack段：靠近内存顶部，即接近虚拟地址空间的最大地址。在扩张过程中，它向低地址的方向增长。
• heap段：通常在static段的上面。在扩张过程中，它向高地址的方向增长。

代码示例

aspace.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int global;
int main()
{
    int local = 5;
    void *p = malloc(128);
    
    printf ("Address of main is %p\n", main);
    printf ("Address of golbal is %p\n", &global);
    printf ("Address of local is %p\n", &local);
    printf ("Address of p is %p\n", p);
}

代码解释

main：是函数的名称，当它用作变量时，它指向main中第一条机器语言指令的地址，我们认为它在text段内。

global：是一个全局变量，所以我们认为它在static段内。

local：是一个局部变量，所以我们认为它在stack上。

p：持有malloc所返回的地址，它指向堆区所分配的空间。malloc代表内存分配（memory allocate）

格式化占位符%p告诉printf把每个地址格式化为指针，它是地址的另一个名字。

执行结果

Address of main is 0x10f79cea0
Address of golbal is 0x10f79d020
Address of local is 0x7ffee046323c
Address of p is 0x7fd51de00000

可以看出：

地址：main < golbal < p < local

即如上文所说：text < static < heap < stack

练习

添加对malloc的第二个调用来检查系统上的堆是否向上增长（地址变大）。添加一个函数来打印出局部变量的地址，来检查栈是否向下增长

aspace2.c：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int global;

void hello()
{
    int local = 5;
    int local2 = 1;
    printf ("Address of local is %p\n", &local);
    printf ("Address of local2 is %p\n", &local2);
}

int main()
{
    
    void *p = malloc(128);
    void *q = malloc(128);
    printf ("Address of main is %p\n", main);
    printf ("Address of golbal is %p\n", &global);
    printf ("Address of p is %p\n", p);
    printf ("Address of p is %p\n", q);
    hello();
}

执行结果

Address of main is 0x1085dfe70
Address of golbal is 0x1085e0020
Address of p is 0x7fa164402b50
Address of q is 0x7fa164402bd0
Address of local is 0x7ffee762042c
Address of local2 is 0x7ffee7620428

地址从低到高：main < golbal < p < q < local2 < local

可以看出：

• 通过malloc函数，在heap上分配空间，所得地址向上增长
• 声明局部变量，在stack上分配空间，所得地址向下增长

静态局部变量

栈上的局部变量有时被称为：自动变量，因为它们当函数创建时自动被分配，并且当函数返回时自动被释放。

C语言中有另一种局部变量，叫做静态变量，它被分配在static段上。在程序启动时初始化，并且在函数调用之间保存它的值。

例子

int times_called()
{
    static int counter = 0;
    counter++;
    return counter;
}

static关键字表示counter是静态局部变量。它的初始化只在程序启动时发生。

实际执行

Address of main is 0x108746e80
Address of golbal is 0x108747024
Address of local is 0x7ffee74b945c
Address of p is 0x7f9d5ac02b50
Address of counter is 0x108747020

可以看出counter是和golbal一起被分配在static上了

counter的地址小于golbal是否意味着static也是向下增长的？

在golbal下面增加一个全局静态变量golbal2，打印他们的地址：

Address of main is 0x10e08de50
Address of golbal is 0x10e08e024
Address of golbal2 is 0x10e08e028
Address of local is 0x7ffee1b7245c
Address of p is 0x7fc957c02b50
Address of counter is 0x10e08e020

可以看出：counter < golbal < golbal2，新增的静态变量地址变大了

置于为什么counter地址会比golbal更小，猜测是因为加载顺序中，函数在变量前，因此优先初始化了counter。