Linux 进程地址空间：揭秘虚拟与物理的边界

2024-01-18 18:12:29

导言

在计算机科学领域，进程地址空间是用于管理和分配内存资源的重要概念。在 Linux 操作系统中，每个进程都有自己的私有地址空间，为其代码、数据和堆栈提供内存隔离。理解 Linux 中进程地址空间的运作原理对于深入理解操作系统的工作原理至关重要。

虚拟地址与物理地址

理解进程地址空间的关键概念是虚拟地址和物理地址之间的区别。虚拟地址是进程访问内存时使用的抽象地址，而物理地址是实际的硬件地址，用于在物理内存中查找数据。Linux 使用称为虚拟内存管理单元 (MMU) 的硬件组件将虚拟地址翻译成物理地址。

地址空间布局

Linux 进程地址空间被划分为不同的区域，每个区域都有其特定的用途：

代码段： 包含进程可执行代码的区域。
数据段： 包含进程已初始化数据的区域。
未初始化数据段 (BSS 段)： 包含进程未初始化数据的区域。
堆：用于动态内存分配的区域。
栈：用于存储函数调用和局部变量的区域。

父子进程地址空间

在 Linux 中，当一个进程创建子进程时，子进程会继承父进程的地址空间。这意味着父子进程共享相同的虚拟地址空间，但拥有不同的物理地址空间。子进程可以修改其地址空间中的数据，而不会影响父进程。

代码示例

为了演示这一概念，让我们编写一个程序来创建父子进程并观察它们的地址空间：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  int value = 0;

  // 创建子进程
  pid_t pid = fork();

  // 父进程
  if (pid > 0) {
    // 父进程修改 value
    value = 10;
    printf("父进程 value：%d\n", value);
  }
  // 子进程
  else if (pid == 0) {
    // 子进程修改 value
    value = 20;
    printf("子进程 value：%d\n", value);
  }

  return 0;
}