kernel笔记——进程地址空间

下图是x86_64下linux进程的默认内存布局形式：

下面逐一分析以上各个地址段的含义。

 

text 代码段

代码段，从虚拟内存地址00400000开始，使用pmap $$可以查看到，这个地址是固定的：

linux # pmap $$
27729: bash
START          SIZE   RSS   PSS  DIRTY    SWAP      PERM      MAPPING
00400000       552K  480K  260K     0K   0K       r-xp      /bin/bash
00689000         4K    4K    4K     4K   0K       r--p      /bin/bash
0068a000        20K   20K   20K    20K   0K      rw-p      /bin/bash
0068f000      1420K   1356K  1356K  1356K   0K      rw-p       [heap]
7f4f47b72000    64K    4K    4K     0K   0K      r-xp       /usr/lib64/gconv/libGB.so
……
7f4f48c33000     4K    4K    4K     4K   0K      rw-p       [anon]
7fff0f0f1000    84K   20K   20K    20K   0K      rw-p       [stack]
7fff0f1ff000     4K    4K    0K     0K   0K       r-xp       [vdso]
ffffffffff600000                    4K    0K    0K     0K   0K       r-xp       [vsyscall]
Total:       18944K 3256K    2225K  1580K   0K
1652K  writable-private,     17052K  readonly-private,    240K   shared,  and   3256K   referenced

00400000地址段用于存放程序的可执行文件，fork一个子进程，之后调用execve加载可执行文件，execve即将文件加载到该段地址中：

linux # strace ls
execve("/bin/ls", ["ls"], [/* 65 vars */]) = 0
brk(0)                                    =0x618000
mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f0422e2a000
……

data 数据段

数据段用于存放已初始化全局变量。

 

bss段

该段用于存放全局的、但未初始化的变量。bss段与data段的区别是，编译时需为data段分配空间，而bss段不用。数据存放于bss段，减小了可执行程序的文件大小。

 

heap

堆，c库中的malloc调用就是从该段获取内存空间。

 

memory map

mmap系统调用可将文件映射入进程memory map地址空间。使用pmap $$查看，[heap]下面部分就是mmap区域，对于以上"pmap $$"输出：

7f4f47b72000  64K  4K  4K  0K  0K  r-xp        /usr/lib64/gconv/libGB.so

bash进程将/usr/lib64/gconv/libGB.so文件映射到以7f4f47b72000开头的地址段。

使用ldd命令，我们可以看到进程依赖的库文件，这些库文件编译过程中都要关联到进程的虚拟地址空间：

linux # ldd /bin/bash
  linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fffc73ff000)
  libreadline.so.5 =>  /lib64/libreadline.so.5 (0x00007f7effe50000)
  libdl.so.2 => /lib64/libdl.so.2 (0x00007f7effc4c000)
  libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f7eff8ee000)
  libncurses.so.5 => /lib64/libncurses.so.5 (0x00007f7eff6a6000)
  /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f7f00092000)

 

stack

存放局部变量，从高地址向低地址生长。

 

内核代码中，mm_struct结构用于描述一个进程的地址空间。

 

vm_area_struct用于描述一段地址，linux提供了/proc/PID/maps接口，我们可以通过该接口查询某进程的虚拟地址段：

linux # cat /proc/$$/maps
00400000 - 00486000   r-xp        00000000         08:02         18104       /bin/bash
00586000 - 00586000   rw-p       00086000         08:02          18104       /bin/bash
0058b000 - 0073b000   rw-p       0058b000         00:00     0        [heap]
2b7c1ff67000 - 2b7c1ff82000     r-xp       00000000         08:02          12969        /lib64/ld-2.4.so
……
7fff8ab2d000 - 7fff8ab43000      rw-p   7fff8ab2d000        00:00                  0        [stack]
ffffffffff600000 - ffffffffffe00000   ---p        00000000        00:00                  0        [vdso]

c库中的malloc底层通过mmap或brk实现内存申请。mmap可用于关联文件到进程的虚拟地址空间，也可用于申请匿名地址空间。

void *mmap( void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);

若指明fd就是关联文件到虚拟地址空间，没有指明就是申请匿名地址空间。

 

brk调用只是增加heap这一段虚拟内存空间，sbrk用于实际的内存申请。

Reference: Chapter 15 - The Process Address Space, Linux kernel development.3rd.Edition