Linux环境编程02

一、内存管理

用户层

	作用	底层调用
STL	自动分配内存和释放内存	调用c++的函数
C++	new和delete	调用C语言函数
C	malloc和free	调用POSIX或Linux
POSIX	brk和sbrk	调用内核
linux	mmap和munmap	调用内核kernal

系统层

	作用	底层调用
kernal	kmalloc和vmalloc	调用驱动
驱动	get_free_page

二、进程映像

程序是存储在磁盘上的可执行文件，当执行程序时，系统会把可执行程序加载到内存中，在内存中形成了进程(一个程序可以同时加载多个进程)
进程的内存分布情况就是所谓的进程映像，从 低地址到高地址 依次分布为：

英文名	解释	存放的数据
text	代码段	二进制指令和常量(字符串字面值，const修饰的初始化过的原data段数据)
data	数据段	初始化过的全局变量和静态局部变量
bss	静态数据段	未被初始化过的全局变量和静态局部变量，程序运行之前会自动清零
heap	堆	由程序员手动管理的体量比较大的数据
stack	栈	局部变量和快变量
environ	环境变量表	系统的环境变量，每个进程都有一份，修改不会影响其他进程
argv	命令行参数	程序运行前命令行附加的参数

三、虚拟内存

1、系统会为每个进程分配4G的虚拟内存空间

2、用户只能使用虚拟内存，无法直接使用物理内存

3、虚拟地址与物理内存进行映射才能使用，否则就会产生段错误

4、虚拟地址与物理地址之间的映射是由操作系统动态维护malloc

5、让用户使用虚拟地址一方面是为了安全，另一方面操作系统可以让应用程序使用比实际物理内存更大的物理空间

6、4G的虚拟地址空间分为两个部分

​ [0G-3G)用户空间

​ [3G-4G]内核空间

7、用户空间的代码不能直接访问内核空间的代码和数据，可以通过系统调用（API）从用户态切换到内核态后，间接的和内核交换数据

8、对虚拟内存越界访问（使用了没有映射过的虚拟内存），导致段错误。

四、映射虚拟内存和物理内存的函数：

sbrk/brk/mmap/munmap

关于malloc获取映射好的虚拟内存地址的大致底层逻辑（不精确）：

1、如果分贝的内存小于128kb，调用sbrk或者brk

2、如果大于128kb，则调用mmap或者munmap

系统内部维护了一个指针，指向内存映射的最后一个字节的下一个字节

注意:所有的映射内存是以页（1页=4096字节）为单位的

void *sbrk(intptr_t increment);

功能：根据增量参数调整该指针的位置从而实现实现映射和取消映射

increment：增量

0	获取指针的位置
>0	映射内存
<0	取消映射

返回该指针在移动前的位置

int brk(void *addr);

功能：直接使用addr的值修改该指针的位置，同样既可以映射也可以取消映射

大于位置指针就映射，小于位置指针就取消映射

返回值：成功返回0，失败返回-1

注意：sbrk和brk属于POSIX标准中的内存映射，都可以单独映射，取消映射，但是配合使用最方便（sbrk映射，brk取消映射）

#include <sys/mman.h>

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

功能：映射虚拟内存和物理内存

addr：要映射的区域的首地址，可以自己指定，如果是NULL则系统帮你指定

length：要映射的字节数长度

prot：映射的权限

​ PROT_EXEC 执行权限

​ PROT_EXEC 读写权限

​ PROT_WRITE 写权限

​ PROT_NONE 没有权限

如果需要加权限，则需要PROT_EXEC|PROT_WRITE(读写权限)

flags：映射标志

​ MAP_ANONYMOUS 将虚拟内存映射到物理内存中，而不是映射文件，因此忽略fd、offset等参数，必须与MAP_SHARED 或者MAP_PROVITE 配合使用（二选一）

​ MAP_SHARED 共享此文件

​ MAP_PRIVATE 不共享此文件

fd：文件描述符，不映射文件的话直接给零

offset：文件的偏移量

返回值：成功返回映射后的首地址，失败返回MAP_Failed

int munmap(void *addr, size_t length);

功能：取消映射

addr：要取消映射的区域的首地址

length：要取消映射的字节数

返回值：成功返回0，失败返回-1

五、内存管理的总结：

1. sbrk/brk底层维护了一个指针，该指针记录这映射内存的结尾，移动该指针就会映射、取消映射，映射的内存属于堆内存

2. mmap/munmap 底层不维护任何东西，如果mmap映射成功返回映射后的内存首地址，映射的内存属于堆内存

3. malloc/free 底层调用了sbrk/brk/mmap/munmap

4. 每个进程都有4G的虚拟地址空间，虚拟地址只是虚假的地址编号，并不是真实物理内存地址编号，虚拟地址必须与物理内存进行映射后才能使用

5. 平时所说的堆内存的分配与释放有两层含义：
   a. 权限的分配的回收
   b.映射关系的建立

6. 重点是理解Linux系统对于内存的管理机制，而不是sbrk/brk/mmap/munmap的用法

原文地址：https://www.jb51.cc/wenti/3280971.html