什么是堆和栈

进程的内存空间是由操作系统为每个进程分配的一块内存区域，通常可以分为几个不同的部分，每个部分有不同的功能和用途。下面是进程内存空间的一般结构：

1. 代码段（Text Segment）

• 用途：存放程序的机器指令，也就是编译后的程序代码。
• 特点：通常是只读的，这样可以防止程序运行时修改自己的代码；也有可能是共享的，多个进程可以共享同一段代码（例如共享库）。

2. 数据段（Data Segment）

• 用途：存储程序中已初始化的全局变量和静态变量。
• 特点：数据段的内容在程序启动时就已经确定。它通常分为两部分：
  • 已初始化的数据段：存放程序中已初始化的全局变量和静态变量。
  • 未初始化的数据段（BSS段）：存放程序中未初始化的全局变量和静态变量。在程序启动时，这部分内存会被清零。

3. 堆（Heap）

• 用途：用于动态内存分配，如使用 malloc、new 或者其他内存分配函数分配的内存。
• 特点：堆内存是由程序员控制的，大小可以在程序运行过程中动态变化。内存的分配和回收比较灵活，但也需要程序员手动管理或依赖垃圾回收机制（如Java、Go等语言）。堆内存向上增长。

4. 栈（Stack）

• 用途：存储局部变量、函数参数和返回地址。每当函数调用时，栈会为该函数分配一个栈帧，函数执行完后，栈帧被销毁。
• 特点：栈内存是由操作系统自动管理的，每个线程都有自己的栈，栈内存的分配和回收速度非常快，但空间有限。如果栈空间用尽（例如递归调用过深），会导致栈溢出。
• 栈内存向下增长。

5. 内存映射区域（Memory-mapped Segment）

• 用途：用来存放通过 mmap 等系统调用映射的文件内容，或者共享内存等。
• 特点：这些内存区域不仅仅包括程序自身的数据，还可能包含与外部资源（如文件或设备）共享的内存部分。

6. 内核空间（Kernel Space）

• 用途：操作系统内核的代码和数据存储区域。
• 特点：内核空间通常与用户空间隔离，操作系统对内核空间有完全的控制权限。进程无法直接访问内核空间，除非通过系统调用或中断等机制。

内存布局示意

一个常见的进程内存空间布局如下：

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|   内核空间（Kernel Space）  |
|----------------------------|
|   栈（Stack）               |  <- 栈从高地址向低地址增长
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|   堆（Heap）                |  <- 堆从低地址向高地址增长
|----------------------------|
|   数据段（Data Segment）    |
|----------------------------|
|   代码段（Text Segment）    |
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进程内存空间的特点

• 隔离性：每个进程都有独立的虚拟内存空间，操作系统通过虚拟内存和地址映射确保进程之间的内存隔离，防止一个进程访问另一个进程的内存。
• 地址空间：操作系统为每个进程提供一个虚拟地址空间，通常是 32 位或 64 位系统中的地址空间（如 4GB 或 8TB的虚拟地址空间）。
• 分页和分段：操作系统通过分页（Paging）和分段（Segmentation）机制来管理虚拟内存空间，使得进程的内存使用更加灵活和高效。

总的来说，进程内存空间由多个部分组成，每个部分承担着不同的任务，合理管理这些部分是操作系统和程序运行的基础。