32位进程地址空间

本文深入解析了进程在内存中的空间分布,包括保留区、程序段、初始化与未初始化数据段、堆区、共享区、栈区及内核空间的功能与作用,揭示了内存管理的关键细节。

对于一个进程,其空间分布如下图所示:
在这里插入图片描述
保留区: 位于地址空间的最低部分(大概100来M),未赋予物理地址。任何对它的引用都是非法的,用于捕捉使用空指针和小整型值指针引用内存的异常情况。会放些动态链接库等。

程序段: 代码段也称正文段或文本段,通常用于存放程序执行代码(即CPU执行的机器指令)。

初始化过的数据(Data Segment): 用于存放程序中已初始化且初值不为0的全局变量和静态局部变量。

未初始化数据(BSS): 段中存放未初始化的全局变量和静态局部变量、初始值为0的全局变量和静态局部变量(依赖于编译器实现)

堆区(stack): 堆用于存放进程运行时动态分配的内存段,可动态扩张或缩减。

共享区(shared space): 堆和栈共享的区域。

栈区(heap): 栈又称堆栈,由编译器自动分配释放,行为类似数据结构中的栈。

环境变量、命令行参数: 存放环境变量、命令行参数信息。

内核空间(kernel space): 内核总是驻留在内存中,是操作系统的一部分。内核空间(3G-4G)为内核保留,不允许应用程序直接读写该区域的内容或直接调用内核代码定义的函数。

在ARM架构下,32进程地址空间布局遵循传统的32虚拟内存管理方式,其虚拟地址空间大小为4GB(即2^32字节)。这种布局在ARMv7及更早版本中是标准实现,并且在ARMv8(即ARM64)中仍然支持运行32应用程序[^2]。 ### 地址空间布局概述 ARM 32进程地址空间通常分为以下几个主要区域: 1. **用户(User Stack)** 用户地址空间的高地址区域,向下增长(即向低地址方向扩展)。用于存储函数调用时的局部变量、参数返回地址等信息。 2. **(Heap)** 地址空间的低地址区域,向上增长(即向高地址方向扩展)。用于动态内存分配,例如通过`malloc`或`new`等函数申请的内存。 3. **数据段(Data Segment)** 包括已初始化的全局变量静态变量。这部分内存通常紧接在代码段之后。 4. **BSS段(BSS Segment)** BSS段存放未初始化的全局变量静态变量,通常于数据段之后。 5. **代码段(Text Segment)** 代码段包含可执行的机器指令,通常地址空间的较低地址处,例如从`0x00000000`或`0x08000000`开始,具体取决于平台配置。 6. **共享库(Shared Libraries)** 动态链接库(如.so文件)会被加载到进程地址空间中的某个置,通常于数据段之间或之下。 7. **内存映射区域(Memory-Mapped I/O)** 用于文件映射、设备内存映射以及匿名映射等用途,通常之间,或者在特定保留区域。 ### ARM 32-bit在ARM64系统中的运行 在ARM64(即ARMv8)平台上运行的32应用程序,其虚拟地址空间布局与纯32ARM系统保持一致。尽管ARM64支持更大的用户空间(可达512GB),但32应用程序仍然受限于4GB的虚拟地址空间限制。这种兼容性机制允许32应用程序在不修改代码的前提下运行在64内核上[^2]。 此外,ARMv8通过执行状态(Execution State)来区分运行模式: - **AArch32**:用于执行32指令集,保持与ARMv7的兼容性 - **AArch64**:用于执行64指令集,支持更大的寄存器数量更宽的数据路径 在Linux内核中,调度器会根据进程的指令集模式(32或64)来设置相应的内存管理上下文,确保32应用在64系统中获得正确的地址空间映射。 ### 示例:典型ARM 32进程地址空间布局 ``` 0xFFFFFFFF |------------------| | Kernel | 0xC0000000 |------------------| | Stack | | (Grows down)| |-----------------| | Shared Libs | |-----------------| | Heap | | (Grows up) | 0x00000000 |-----------------| ``` ### 小结 ARM 32进程地址空间布局与传统32架构一致,包括代码段、数据段、BSS段、、共享库内存映射区域。尽管ARM64平台支持更大的虚拟地址空间,但32应用程序仍然受限于4GB的地址范围,并保持与ARMv7的兼容性。 ---
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