【Linux系统】程序虚拟地址空间（重要）

一、引入：一个诡异的例子

我们在程序中 fork 创建一个子进程：

让子进程死循环打印自己的 pid、ppid，还有全局变量 gval 及其地址，同时子进程每轮 gval++

让父进程死循环打印自己的 pid、ppid，还有全局变量 gval 及其地址

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int gval = 100;

int main() {
    printf("我是一个进程, pid :%d, ppid :%d\n", getpid(), getppid());

    pid_t id = fork();
    
    if (id == 0) {
        // child
        while(1) {
            printf("我是子进程, pid :%d, ppid :%d, gval:%d, &gval:%p\n", getpid(), getppid(), gval, &gval);
            gval++;
            sleep(1);
        }
    } 
    else {
        // parent
        while(1) {
            printf("我是父进程, pid :%d, ppid :%d, gval:%d, &gval:%p\n", getpid(), getppid(), gval, &gval);
            sleep(1);
        }
    }
}

运行结果如下：

子进程确实按程序每轮 gval++，而父进程的 gval 一直保持 100，这些都正常，父子进程都按照自己的代码逻辑运行。

但是，你有没有发现，父子进程的 gval 的地址是一样的！！！！！

为什么？因为进程具有独立性，父子进程中的 gval 都以自己的代码逻辑变化，他们指向的却还是 “同一个 gval” ？，那如果指向同一个 gval ，那为什么父子进程的 gval 不同值？？

这就涉及到虚拟地址空间了，这里暂时可以输出一个结论：此处父子进程打印出来的 gval 的地址是虚拟地址！，绝非以前学习所理解的 物理内存地址。

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二、认识进程地址空间

下面这张图展示的就是进程地址空间：其中划分了几块不同的分区。

在我们学习C语言时，很多网课或博客都会以下面这张图讲解C语言的内存空间分布，讲解不同类型数据的存储位置。

但是，在一些C语言的教材中却看不到这张图，这是因为下面这张图不是程序地址空间，而是进程地址空间，是系统范畴的，而不属于语言范畴的。

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进一步认识进程地址空间：大富翁的例子

        某个国家有个大富翁，该大富翁的钱被以一种顺序排序着，就是所有的钱都有对应编号，想要用钱时直接在机器上输入某某编号就能取出对应位置编号的钱。这个大富翁有很多子女，大富翁允许这些子女取自己的钱使用，当然也是通过输入编号取出对应位置一定数额的钱。然而有一天，两个儿子打起来了，原因是大儿子想要取出编号为 1 的 100 元，而二儿子在第二台机器上也想要取出编号为 1 的 100 元，这就造成了冲突，编号为 1 的 100 元只有一张，不能同时从两个机器中取出，因此他们就产生了冲突。

        而在平行宇宙中，存在另一个十亿资产大富翁，他在外头有很多私生子，大富翁给他们每个人画了一个大饼：”你爹我有十个亿，你可以使用我的十个亿，但使用前需要向我申请“。可是！各个私生子之间互相不知道对方的存在，都以为自己是大富翁的唯一后代，因此都认为自己”已经拥有了“自己父亲的全部十亿资产！！当某个私生子向父亲要钱时，大富翁就在自己余额中取钱给这个私生子。但是私生子们不知道，其实父亲的资产只剩下一亿了，另外9亿是被其他私生子霍霍光的，可是由于各个私生子都以为自己拥有的是父亲的十亿资产……

因此，在私生子的认知里，自己拥有父亲所有资产，实际上父亲的资产已经没有这么多了

在这个例子中

第一个大富翁的资产就是实际的物理内存大小，儿女就是