Linux--程序地址空间

一、程序地址空间回顾

我们在讲C语言的时候，老师给大家画过这样的空间布局图
下图是内存吗？答案不是，它是进程/虚拟地址空间。

可是我们对他并不理解！

来段代码感受一下

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int g_val = 0;
int main()
{
 pid_t id = fork();
 if(id < 0){
 perror("fork");
 return 0;
 }
 else if(id == 0){ //child 
 printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 else{ //parent
 printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 
 sleep(1);
 return 0;
 }

输出

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，很好理解呀，因为子进程按照父进程为模版，父子并没有对变量进行进行任何修改。可是将代码稍加改动：

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int g_val = 0;
int main()
{
 pid_t id = fork();
 if(id < 0){
 perror("fork");
 return 0;
 }
 else if(id == 0){ //child,子进程肯定先跑完，也就是子进程先修改，完成之后，父进程再读取
 g_val=100;
 printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }else{ //parent
 sleep(3);
 printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
 }
 sleep(1);
 return 0;
 }

输出

我们发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！能得出如下结论:

1. 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
2. 但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
3. 在Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址
4. 我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理。

OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址 。

二、进程地址空间

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成 进程地址空间 ，那该如何理解呢？看图：

虚拟地址空间：

说明：
上面的图就足矣说名问题，同一个变量，地址相同，其实是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址！

三、为什么要存在进程地址空间

1. 让进程以统一的视角看待内存，所以任意一个进程，可以通过地址空间+页面也可以将乱序的内存数据，变得有序，分门别类的规划好。
2. 可以安全检查。
3. 将进程管理和内存管理解耦。
4. 通过页表，让进程映射到不同的物理内存，从而实现进程的鼓励性。