虛擬內(nèi)存布局

Linux 內(nèi)核給每個(gè)進(jìn)程都提供了一個(gè)獨(dú)立的虛擬地址空間骏庸，并且這個(gè)地址空間是連續(xù)的募舟。這樣景东，進(jìn)程就可以很方便地訪問(wèn)內(nèi)存，更確切地說(shuō)是訪問(wèn)虛擬內(nèi)存捆探。虛擬地址空間的內(nèi)部又被分為內(nèi)核空間和用戶空間兩部分然爆，

不同字長(zhǎng)（也就是單個(gè) CPU 指令可以處理數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度）的處理器，地址空間的范圍也不同黍图。32 位系統(tǒng)的內(nèi)核空間占用 1G曾雕，位于最高處，剩下的 3G 是用戶空間助被。而 64 位系統(tǒng)的內(nèi)核空間和用戶空間都是 128T剖张，分別占據(jù)整個(gè)內(nèi)存空間的最高和最低處，剩下的中間部分是未定義的揩环。

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用戶態(tài)空間分布

用戶空間主要用來(lái)存儲(chǔ)如下數(shù)據(jù)：

• 程序代碼
• 全局變量
• 常量字符串
• 函數(shù)棧搔弄，存放方法局部變量
• 堆，申請(qǐng)一小塊內(nèi)存,存放在堆中
• glibc關(guān)聯(lián)函數(shù)代碼

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Text Segment

是存放二進(jìn)制可執(zhí)行代碼的位置

Data Segment

存放靜態(tài)常量,從高地址開(kāi)始向下增長(zhǎng)

BSS Segment

存放未初始化的靜態(tài)變量

堆

malloc函數(shù)申請(qǐng)一小塊內(nèi)存,存放在堆中检盼，從低地址開(kāi)始向上增長(zhǎng)

mmap映射區(qū)

• mmap用來(lái)存放malloc函數(shù)申請(qǐng)一大塊內(nèi)存區(qū)域肯污，mmap不僅僅可以用來(lái)映射物理內(nèi)存同時(shí)也可以用來(lái)映射文件,所謂映射文件就時(shí)將文件數(shù)據(jù)拷貝到物理內(nèi)存中某個(gè)區(qū)域，這塊區(qū)域通過(guò)頁(yè)表映射到用戶mmap映射區(qū)中吨枉。這樣用戶可以像訪問(wèn)內(nèi)存一樣訪問(wèn)文件蹦渣。

• 當(dāng)mmap區(qū)域映射到文件時(shí)我們稱(chēng)為文件映射，非文件時(shí)稱(chēng)為匿名映射貌亭。

• 當(dāng)內(nèi)存空間不足時(shí)可以將內(nèi)存數(shù)據(jù)寫(xiě)入磁盤(pán)中的某個(gè)文件柬唯，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為換出，當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)這些內(nèi)存時(shí)圃庭，再?gòu)拇疟P(pán)讀取這些數(shù)據(jù)到內(nèi)存中這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為換入锄奢。而這個(gè)寫(xiě)入的文件被稱(chēng)為swap文件

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棧

這塊地址用來(lái)存放方法局部變量，從高地址開(kāi)始向下增長(zhǎng)

內(nèi)核態(tài)空間分布

內(nèi)核空間主要用來(lái)存儲(chǔ)如下數(shù)據(jù)

• 內(nèi)核的代碼要在內(nèi)存里面剧腻；
• 內(nèi)核中也有全局變量拘央；
• 每個(gè)進(jìn)程都要有一個(gè) task_struct；
• 每個(gè)進(jìn)程還有一個(gè)內(nèi)核棧书在；
• 在內(nèi)核里面也有動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存灰伟；
• 虛擬地址到物理地址的映射表

內(nèi)核態(tài)的虛擬空間和某一個(gè)進(jìn)程沒(méi)有關(guān)系，所有進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入到內(nèi)核之后儒旬，看到的虛擬地址空間都是一樣的栏账。在內(nèi)核態(tài)帖族，32 位和 64 位的布局差別比較大，主要是因?yàn)?32 位內(nèi)核態(tài)空間太小了挡爵。

32位操作系統(tǒng)內(nèi)核空間

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直接映射區(qū)

直接映射區(qū)竖般，就是這一塊空間是連續(xù)的，和物理內(nèi)存是非常簡(jiǎn)單的映射關(guān)系茶鹃，直接宏函數(shù)就得到物理內(nèi)存的位置涣雕，大小為896M，其中前 1M 已經(jīng)在系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候被占用闭翩，1M之后到896M主要用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)核代碼 胞谭，內(nèi)核的全局變量，內(nèi)核棧男杈。

//運(yùn)算規(guī)則 虛擬內(nèi)存地址減去 3G，就得到物理內(nèi)存的位置
__pa(vaddr) 返回與虛擬地址 vaddr 相關(guān)的物理地址调俘；
__va(paddr) 則計(jì)算出對(duì)應(yīng)于物理地址 paddr 的虛擬地址伶棒。

內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間 vmalloc區(qū)

用來(lái)申請(qǐng)內(nèi)核動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存（使用vmalloc函數(shù)）

持久內(nèi)核映射

用來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)核進(jìn)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) task_struct

固定映射區(qū)域

主要用于滿足特殊需求

最后區(qū)域

用戶態(tài)的進(jìn)程要映射一個(gè)文件到內(nèi)存中，先要映射用戶態(tài)進(jìn)程空間的一段虛擬地址到物理內(nèi)存彩库，然后將文件內(nèi)容寫(xiě)入這個(gè)物理內(nèi)存供用戶態(tài)進(jìn)程訪問(wèn)肤无。但對(duì)于操作系統(tǒng)而言能夠操作硬件資源只能時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)完成。

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