【Linux】—进程地址空间

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学习目标：
1 进程地址空间
2 虚拟地址（进程地址）的运用全过程
3 知识点补充（了解）
4 为什么要有进程地址空间（虚拟地址空间）
5 总结

先看一个现象

#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)
	{
	while(1)
		{
				// childwhile(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);
		}
		
	}
	
}

我们发现gval的地址空间都是一样的，我们要知道的是整个地址一定不是物理地址，通过这个现象我们就要引出虚拟地址（线性地址）

1 进程地址空间

1.1 理解地址空间

目的：让每一个进程都认为自己是独占系统物理内存大小的，进程彼此之间不知道，不关心对方的存在，从而实现一点程度的隔离

所谓进程虚拟地址，其实本质上就是一个内核数据结构对象（类似PCB）

1.2 理解区域划分

本质就是：空间区域的划分，只需要知道开始和结束就可以。

1.3 理解地址空间上的地址

1. 地址本质就是一个数字，可以被保存在usningned long（4字节）
2. usning long total_vm 空间范围内的地址，我们可以随便用，暂时不需要记录它的地址

2 虚拟地址（进程地址）的运用全过程

虚拟地址+页表=虚拟内存管理方案

当建立了子进程后，子进程都是继承了父进程的地址空间结构和虚拟地址的，当在不修改数据和程序时，子进程的数据是浅拷贝了父进程的数据和代码，但是如果子进程修改了数据或着代码的话，那么物理地址会新开一个单独的空间给这个子进程，这个子进程的页表也会相应的改变。

2.1 不进行数据修改时

2.2 进行数据修改后（写时拷贝）

知识补充：
进程 = 内核数据结构（task_struct/mm_struct/页表）+ 自己的代码和数据
进程的独立性：内核数据结构各自一份、代码和数据也是独立的

3 知识点补充（了解）

3.1 关于页表

isexists：判断目标内容是否在内存中
作用：分批加载、挂起等操作

3.2 关于地址空间mm_struct

它是结构体变量，就必须初始化，这些初始化在可执行程序编译时，各个区域的大小信息就已经有了，这些都是从可执行程序来的。

4 为什么要有进程地址空间（虚拟地址空间）

1.虚拟地址空间+页表：保护内存
2.进程管理和内存管理在系统层面进行解耦合了
3 让进程以统一的视角看待物理内存，可执行程序和数据可以加载到物理内存的任意位置处。（将“无序”变“有序”）

4.1 为什么遇到野指针程序就崩溃了？

因为野指针运用到的地址不是物理地址，全都是虚拟地址，用户层是不可能看到物理地址的 ，看到的全都是虚拟地址，当指针指向的虚拟地址不对或与其他冲突时，对应的映射不对或者权限不对，操作系统就会杀掉这个进程。

5 总结：

地址空间的本质就是一个struct mm_struct ，里面所有的内容，都是OS系统自动完成的。我们只要把进程管理好了，地址空间就管理好了。比如：全局变量，字符串常量具有全局性，在程序运行期间都会有效，其实实际上是在地址空间中随着进程，一直存在，全局变量的虚拟地址也会一直被用户看到。