文章目录
C语言地址空间回顾
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
C/C++内存分布简图：
+------------------+ 高地址
| |
| 栈 | <- 本地变量，函数调用信息等
| |
+------------------+
| |
| 堆 | <- 动态分配的变量（malloc/new）
| |
+------------------+
| |
| 未初始化数据段 |
| （BSS 段） | <- 未初始化的静态和全局变量
| |
+------------------+
| |
| 已初始化数据段 | <- 已初始化的静态和全局变量
| (数据段) |
| |
+------------------+
| |
| 常量数据段 | <- 字面量，常量字符串等
| |
+------------------+
| |
| 代码段 | <- 程序代码（虚函数和普通函数）
| |
+------------------+ 低地址
进程地址空间概念
实际上操作系统会给每一个进程都创建一个独立的虚拟地址空间，然后通过页表将虚拟地址空间与物理内存一一对应 (映射)，我们用户只能得到虚拟地址空间中的虚拟地址，当我们修改虚拟地址中的数据时，操作系统会先通过页表找到对应的物理内存，然后修改物理内存中的数据。
Linux是如何管理每个进程的地址空间？
所以，和管理进程一样，操作系统会使用一种内核数据结构来对地址空间进行管理，Linux中用于 管理地址空间的内核数据结构叫做 mm_struct，操作系统会为每个进程创建一个 mm_struct 对象，然后通过管理结构体对象来间接管理进程地址空间。
查看mm_struct的定义：
struct mm_struct
{
// ...
unsigned long total_vm, locked_vm, shared_vm, exec_vm;
unsigned long stack_vm, reserved_vm, def_flags, nr_ptes;
unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
unsigned long start_brk, brk, start_stack;
unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
// ...
};
total_vm：可能表示虚拟内存的总量。locked_vm：可能表示被锁定，不能被换出的虚拟内存的数量。shared_vm：可能表示被多个进程共享的虚拟内存的数量。exec_vm：可能表示可执行的虚拟内存的数量。stack_vm：可能表示栈内存的虚拟内存的数量。reserved_vm：可能表示已预留但尚未使用的虚拟内存的数量。def_flags：可能表示默认的内存区域标志。nr_ptes：可能表示页表条目的数量。start_code，end_code：可能表示代码段的开始和结束位置。start_data，end_data：可能表示数据段的开始和结束位置。start_brk，brk：可能表示堆的开始位置和当前位置。start_stack：可能表示栈的开始位置。arg_start，arg_end：可能表示命令行参数的开始和结束位置。env_start，env_end：可能表示环境变量的开始和结束位置。
可以看到，进程地址空间其实也是进程属性的一种，我们可以通过进程的 task_struct 来找到/管理进程对应的地址空间。
为什么要有进程地址空间和页表?
- 因为有了进程地址空间和页表，物理内存空间上不连续、无序的空间就可以通过页表这一映射关系联系在一起，让进程以统一的视角看待内存。
- 有了进程地址空间和页表后，每个进程都认为自己在独占内存，这样能更好的保障进程的独立性以及合理使用内存空间（当实际需要使用内存空间的时候再在内存进行开辟），并能将进程管理与内存管理进行解耦合。
- 地址空间+页表的设计是保护内存安全的重要手段！
页表的细节
页表其实不光存放虚拟地址和物理内存地址，还有其他的属性，比如会存放权限属性。
