虚拟地址空间

        对于每一个进程都会对应一个虚拟地址空间，对于32位的操作系统（其指令的位数最大为32位，因此地址码最多32位），虚拟地址空间的大小为B即0~4GB的虚拟地址空间，其中内核空间为1GB，如下所示：

         每一个进程的进程控制块PCB都位于内核区，在每一个进程的PCB中有一个文件描述符表（是一个数组），用于标记该进程所打开的所有文件。从文件描述符表可以看出每一个进程最多能打开1024个文件，其中有三个文件默认是一直处于打开状态的（即进程创建完成时就处于打开状态），分别是：标准输入 STDIN_FILENO，其文件描述符为0；标准输出 STDOUT_FILENO，其文件描述符为1；错误输出 STDERR_FILENO，其文件描述符为2，其中文件描述符0和1可以省略不写。供我们用户打开的文件，只能够占据从3开始的位置（即其文件描述符为3以后的数字，3~1023）。每打开一个文件就会占用一个文件描述符，且使用的是空闲的最小的一个文件描述符。

        Linux下可执行文件的格式为ELF：[[email protected] Calc]# file zsx
                                                                     zsx: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=0x14ef2d34126e7c54141b73c31968bd825ca522ba, not stripped           //可以看出zsx为64位（即机器指令位数为64位，OS位数）的可执行文件，其格式为ELF。

        对于每一个程序在执行时（如上图中的a.out），此时会产生一个相应的进程，系统都会自动为其分配一个0~4G的虚拟地址空间，其中1G的内核空间用于：进程管理、内存管理、设备管理和虚拟文件系统等。下面详细介绍0~3G的用户空间。

        0~3G的用户空间。从小到大（从下往上）依次为：保留区（受保护的地址）、代码段、数据段（.data段）、.bss段、堆空间、内存映射段、栈空间、命令行参数和环境变量。下面依次对每一个段做简单的介绍：

1.保留区（受保护的地址）

        保留区即为受保护的地址，大小为0~4K，位于虚拟地址空间的最低部分，未赋予物理地址（不会与内存地址相对应，因此其不会放任何内容）。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。大多数操作系统中，极小的地址通常都是不允许访问的，如NULL。C语言将无效指针赋值为0也是出于这种考虑，因为0地址上正常情况下不会存放有效的可访问数据。将指针赋值为0，意味着该指针将永远不会被使用，从而不会出现野指针情况。#define NULL 0 与 #define NULL (void*)0   在C语言中是等效的，而在C++中，只能用#define NULL 0，后面 #define NULL (void*)0的使用会出错。

2.代码段

        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)。一般C语言执行语句都编译成机器代码保存在代码段。通常代码段是可共享的，因此频繁执行的程序只需要在内存中拥有一份拷贝即可。代码段通常属于只读，以防止其他程序意外地修改其指令(对该段的写操作将导致段错误)。某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。  

3.数据段（.data段）

        数据段通常用于存放程序中已初始化的全局变量和静态局部变量。数据段属于静态内存分配(静态存储区)，可读可写。由于全局变量未初始化时，其默认值为0，因此值为0的全局变量位于.bbs段（不位于数据段）。对于未初始化的局部变量，其值是不可预测的。注意：在代码段和数据段之间还包括其它段：只读数据段和符号段等。

4..bbs段

        该段用于存放未初始化的全局变量和静态局部变量，包括值为0的全局变量。 数据段和.bbs段又称为全局数据区，前者初始化，后者未初始化。

        ELF段包括：代码段、其它段（只读数据段和符号段等）、.data段（数据段）和.bbs段，都属于可执行程序部分。

5.堆空间

        new( )和malloc( )函数分配的空间就属于对空间，用于内存空间的分配，其从下往上。  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。堆中内容是匿名的，不能按名字直接访问，只能通过指针间接访问。当进程调用malloc(C) 和new (C++)等函数分配内存时，新分配的内存动态添加到堆上(扩张)；当调用free(C)/delete(C++)等函数释放内存时，被释放的内存从堆中剔除(缩减) 。

6.内存映射段（共享库）

        此处，内核将硬盘文件的内容直接映射到内存, 任何应用程序都可通过Linux的mmap()系统调用请求这种映射。内存映射是一种方便高效的文件I/O方式， 因而被用于装载动态共享库。如C标准库函数（fread、fwrite、fopen等）和Linux系统I/O函数，它们都是动态库函数，其中C标准库函数都被封装在了/lib/libc.so库文件中，都是二进制文件。这些动态库函数都是与位置无关的代码，即每次被加载进入内存映射区时的位置都是不一样的，因此使用的是其本身的逻辑地址，经过变换成线性地址（虚拟地址），然后再映射到内存。而静态库不一样，由于静态库被链接到可执行文件中，因此其位于代码段，每次在地址空间中的位置都是固定的。

7.栈空间

        用于存放局部变量（非静态局部变量，C语言称为自动变量），分配存储空间时从上往下。栈和堆都是后进先出的数据结构。

8.命令行参数

        该段用于存放命令行参数的内容：argc和argv。

9.环境变量

        用于存放当前的环境变量，在Linux中用env命令可以查看其值。

10.虚拟地址空间的作用（好处）

        1.方面编译器和操作系统安排程序的地址；2.方便实现各个进程空间之间的隔离，互不干扰，因为每个进程都对应自己的虚拟地址空间；3.实现虚拟存储，从逻辑上扩大了内存。