进程的地址空间

chenjifeng

一个程序经过编译连接后形成的地址空间是一个虚拟地址空间，而Linux在内存寻址时简化了分段机制，使得虚拟地址与线性地址是一致的，比如程序test_wait.c代码如下：
#include
#include                                                                                            
#include

int main(int argc, char **argv)
{
        int i;
        unsigned char *buff;

        buff = (char *)malloc(sizeof(char)*1024);
        printf("pid is :%d\n", getpid());
        for (i = 0; i
                sleep(60);
        }   

        return 0;
}
经过编译后形成的文件是test_wait，然后用命令objdump反汇编后如下（只取部分代码）：
$ objdump -d test_wait
test_wait:     file format elf32-i386

Disassembly of section .init:

08048304 :
8048304:   55                       push   %ebp
8048305:   89 e5                    mov    %esp,%ebp
8048307:   53                       push   %ebx
8048308:   83 ec 04                 sub    $0x4,%esp
804830b:   e8 00 00 00 00           call   8048310
8048310:   5b                       pop    %ebx
8048311:   81 c3 e4 1c 00 00        add    $0x1ce4,%ebx
8048317:   8b 93 fc ff ff ff        mov    -0x4(%ebx),%edx
804831d:   85 d2                    test   %edx,%edx
8048301:   e8 2e 00 00 00           call   8048334
8048306:   e8 15 01 00 00           call   8048420
可以看到，其中的地址就是虚拟地址，整个虚拟地址空间大小为3GB，再加上可以通过系统调用进入内核的1GB空间，于是每个进程可以拥有4GB的虚拟地址空间（也叫虚拟内存）。某个进程的虚拟地址空间可以通过/proc文件系统看到：
$ ./test_wait
pid is :9840
重新开一个终端：
cat /proc/9840/maps
08048000-08049000 r-xp 00000000 08:01 212891     /home/chen/mem/test_wait
08049000-0804a000 r--p 00000000 08:01 212891     /home/chen/mem/test_wait
0804a000-0804b000 rw-p 00001000 08:01 212891     /home/chen/mem/test_wait
096d5000-096f6000 rw-p 096d5000 00:00 0          [heap]
b7dee000-b7def000 rw-p b7dee000 00:00 0
b7def000-b7f47000 r-xp 00000000 08:01 409724     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.8.90.so
b7f47000-b7f49000 r--p 00158000 08:01 409724     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.8.90.so
b7f49000-b7f4a000 rw-p 0015a000 08:01 409724     /lib/tls/i686/cmov/libc-2.8.90.so
b7f4a000-b7f4d000 rw-p b7f4a000 00:00 0
b7f59000-b7f5c000 rw-p b7f59000 00:00 0
b7f5c000-b7f76000 r-xp 00000000 08:01 392460     /lib/ld-2.8.90.so
b7f76000-b7f77000 r-xp b7f76000 00:00 0          [vdso]
b7f77000-b7f78000 r--p 0001a000 08:01 392460     /lib/ld-2.8.90.so
b7f78000-b7f79000 rw-p 0001b000 08:01 392460     /lib/ld-2.8.90.so
bf964000-bf979000 rw-p bffeb000 00:00 0          [stack]
关于此文件的详细信息可以参看：
http://www.kerneltravel.net/?p=287
由上面的信息可以看到
08048000-08049000地址段的标志是r-xp（读，执行）是代码段，
08049000-0804a000的标志是rw-p（读写）是数据段
096d5000-096f6000是堆也叫空洞，只有当程序中调用malloc()申请空间时才有堆段。
bf964000-bf979000 是堆栈段
这样我们可以看到进程的用户空间的分配了。如下图：



可以看出代码段在最低地址依次往上是数据段，空洞、堆栈段在最高地址，栈指针向下移动。
进程的虚拟地址在保存在内核中的task_struct（PCB）结构中，定义如下：
struct task_struct { //进程结构体
//……
struct mm_struct *mm;//描述进程的整个用户空间
}
而stuct mm_struct 结构中包含了虚拟空间的结构体字段mmap(struct vm_area_struct * mmap),所以可以通过模块编程来查看进程的虚拟地址空间。关于模块编程可以看这里：
http://www.kerneltravel.net/?p=80
，程序清单如下：
#include                                                                                      
#include
#include
#include

static int pid;

module_param(pid,int,0644);

static int __init memtest_init(void)
{
        struct task_struct *p;
        struct vm_area_struct *temp;

        printk("My module worked!\n");
        p = find_task_by_vpid(pid);
        temp = p->mm->mmap;

        while(temp) {
                printk("start:%p\tend:%p\n", (unsigned long *)temp->vm_start,
(unsigned long *)temp->vm_end);
                temp = temp->vm_next;
        }   

        return 0;
}
static void __exit memtest_exit(void)
{
        printk("Unloading my module.\n");
        return;
}
module_init(memtest_init);
module_exit(memtest_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");        
编译模块，运行刚才的程序test_wait,然后带参数插入模块，如下：
$ ./test_wait &
pid is :9413
$ sudo insmod mem.ko pid=9413
[ 2690.715913] My module worked!
[ 2690.715992] start:08048000    end:08049000
[ 2690.716005] start:08049000    end:0804a000
[ 2690.717029] start:0804a000    end:0804b000
[ 2690.717065] start:096d5000    end:096f6000
[ 2690.717096] start:b7dee000    end:b7def000
[ 2690.717126] start:b7def000     end:b7f47000
[ 2690.717157] start:b7f47000     end:b7f49000
[ 2690.717187] start:b7f49000     end:b7f4a000
[ 2690.717217] start:b7f4a000     end:b7f4d000
[ 2690.717248] start:b7f59000     end:b7f5c000
[ 2690.717304] start:b7f5c000     end:b7f76000
[ 2690.717334] start:b7f76000     end:b7f77000
[ 2690.717364] start:b7f77000     end:b7f78000
[ 2690.717395] start:b7f78000     end:b7f79000
[ 2690.717425] start:bf964000     end:bf979000
可以看出和刚才／proc文件系统中的地址是一样的。
在任意一个时刻，一个CPU只有一个进程在运行，所以虽然有时候很多进程的虚拟地址值有相同的，但是由于每次只有一个进程运行，在当某个进程运行时cpu就将其虚拟地址也切换进来，这样就保证了每个进程都拥有4GB的地址空间。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/74234/showart_1934445.html