Linux 进程地址空间详解

1. 进程地址空间是内存吗？

先来两段代码感受一下！

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.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;
}

输出结果如下：

parent[2995]: 0 : 0x80497d8
child[2996]: 0 : 0x80497d8

我们发现，输出出来的变量值和地址是一模一样的，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 <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.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;
}

输出结果：

//与环境相关，观察现象即可
child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045]: 0 : 0x80497e8

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 。

2. 页表&虚拟地址空间

由上图所示：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！

3. 什么是地址空间？

地址空间是对物理内存的一种虚拟化表示，是一个虚拟空间最终一定要以某种方式转化到物理内存，进程运行时具有独立性！在数据层面上先进行独立！

4 .为什么要有地址空间？

1. 保护内存
2. 将内存中的物理地址连续化处理

5 .地址空间是如何工作的？

如上图所示，每个进程都有一个进程的地址空间，系统中可能存在多个进程，所以，系统中一定存在多个地址空间，所以地址空间需要被管理起来。

1. 先描述：地址空间本质就是一个数据结构struct
   如下：

struct mm _struct
{
    
    
	unsigned long code_start;
	unsigned long code_end;
	unsigned long init_data_start;
	unsigned long init_data_end;
	.......
}

本质就是在划分区域！
申请空间的本质就是：向内存索要空间，得到物理地址，然后在特定区域内申请没有被使用的虚拟地址，建立映射关系，然后返回虚拟地址。

2. 再组织
   
   进程 = 代码 + 数据
   代码的地址存在 struct mm_struct（地址空间）中，其相当于进程执行的地图。

6 . 什么叫做进程？

进程是加载进内存的程序，由常见的数据结构（struct task_struct(控制块)）&& struct mm_struct(地址空间)和代码数据构成。

总结：进程加载进内存后，操作系统为进程创建 task_struct(进程控制块) 和 mm_struct（地址空间）,并将两者用指针关联起来。最后利用页表和物理内存建立映射关系！