【Linux】详细理解进程地址空间

研究背景：kernel 2.6.32   32位

程序地址空间

先看一段代码：

#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){
      g_val = 100;
      printf("child[%d]: %d : %p \n",getpid(),g_val,&g_val);
   }
   else{
     sleep(3);
     printf("parent[%d]: %d : %p \n",getpid(),g_val,&g_val);
   }
   return 0 ;                                                                                        }

明明子进程时先于父进程运行的，并且对 g_val 的值进行了修改，为什么父进程运行的时候 g_val 的值反而还是 0？并且子进程和父进程中的 g_val 变量所存在的地址都一样的？

得出结论：

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

地址一样，说明该地址绝对不是物理地址

在Linux环境下，这个地址叫做 虚拟地址，我们在用 C/C++ 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；

进程地址空间

 

上面的这张图就很好的解释了上面的那段代码：同一个变量，地址相同，起始就是虚拟地址相同，内容不同其实是被映射到了不同的物理地址。

操作系统通过 mm_struct 这个结构体个进程描述了一个虚拟的地址空间；

mm_struct{
    ulong size;
    ulong code_size;
    ulong code_end;
    ulong data_start;
    ulong data_end;
};

虚拟地址空间又通过 页表 对于到相应的物理内存上，但是实际上在物理内存的管理是通过 页段式内存的管理方式 管理的；

                     

虚拟地址空间 + 页表：提高了内存的利用率、对内存访问进行控制；

虚拟地址空间 + 页表 优点：保持了进程的独立性、充分利用内存、内存访问控制

写时拷贝技术

父进程创建子进程创建了子进程，但是并没有直接给子进程开辟空间，拷贝数据。而是跟父进程映射到同一块内存空间，但是 如果数据发生了变化，那么就需要重新给子进程开辟内存，并且更新页表信息，提高子进程的创建性能。