大內高手記憶體模型

大內高手—記憶體模型

作者****：李先靜

了解linux的記憶體模型，或許不能讓你大幅度提高程式設計能力，但是作為乙個基本知識點應該熟悉。坐火車外出旅行時，即時你對沿途的地方一無所知，仍然可以到達目標地。但是你對整個路途都很比較清楚的話，每到乙個站都知道自己在**，知道當地的風土人情，對比一下所見所想，旅程可能更有趣一些。

類似的，了解linux的記憶體模型，你知道每塊記憶體，每個變數，在系統中處於什麼樣的位置。這同樣會讓你心情愉快，知道這些，有時還會讓你的生活輕更鬆些。看看變數的位址，你可以大致斷定這是否是乙個有效的位址。乙個變數被破壞了，你可以大致推斷誰是犯罪嫌疑人。

linux的記憶體模型，一般為：位址

作用說明

>=0xc000 0000

核心虛擬儲存器

使用者**不可見區域

<0xc000 0000

stack（使用者棧）

esp指向棧頂 ↓

↑ 空閒記憶體

>=0x4000 0000

檔案對映區

<0x4000 0000↑

空閒記憶體

heap(執行時堆)

通過brk/sbrk系統呼叫擴大堆，向上增長。

.data、.bss(讀寫段)

從可執行檔案中載入

>=0x0804 8000

.init、.text、.rodata(唯讀段)

從可執行檔案中載入

<0x0804 8000

保留區域

很多書上都有類似的描述，本圖取自於《深入理解計算機系統》p603，略做修改。本圖比較清析，很容易理解，但仍然有兩點不足。下面補充說明一下： 1.

第一點是關於執行時堆的。

為說明這個問題，我們先執行乙個測試程式，並觀察其結果：

#include

stdio

.h>

intmain

(int

argc

, char

* argv

)執行後，輸出結果為：

main=0x8048404 print=0x8048324

first=0xbfcd1264

p0=0x9253008 p1=0xb7ec0008 p2=0x97ebf008 p3=0x57ebe008

lmain和print兩個函式是**段(.text)的，其位址符合表一的描述。 l

first是第乙個臨時變數，由於在first之前還有一些環境變數，它的值並非0xbfffffff，而是0xbfcd1264，這是正常的。 l

p0是在堆中分配的，其位址小於0x4000 0000，這也是正常的。 l

但p1和p2也是在堆中分配的，而其位址竟大於0x4000 0000，與表一描述不符。

原因在於：執行時堆的位置與記憶體管理演算法相關，也就是與malloc的實現相關。關於記憶體管理演算法的問題，我們在後繼文章中有詳細描述，這裡只作簡要說明。在glibc實現的記憶體管理演算法中，malloc小塊記憶體是在小於0x4000 0000的記憶體中分配的，通過brk/sbrk不斷向上擴充套件，而分配大塊記憶體，malloc直接通過系統呼叫mmap實現，分配得到的位址在檔案對映區，所以其位址大於0x4000 0000。

從maps檔案中可以清楚的看到一點：

00514000-00515000 r-xp 00514000 00:00 0

00624000-0063e000 r-xp 00000000 03:01 718192 /lib/ld-2.3.5.so

0063e000-0063f000 r-xp 00019000 03:01 718192 /lib/ld-2.3.5.so

0063f000-00640000 rwxp 0001a000 03:01 718192 /lib/ld-2.3.5.so

00642000-00766000 r-xp 00000000 03:01 718193 /lib/libc-2.3.5.so

00766000-00768000 r-xp 00124000 03:01 718193 /lib/libc-2.3.5.so

00768000-0076a000 rwxp 00126000 03:01 718193 /lib/libc-2.3.5.so

0076a000-0076c000 rwxp 0076a000 00:00 0

08048000-08049000 r-xp 00000000 03:01 1307138 /root/test/mem/t.exe

08049000-0804a000 rw-p 00000000 03:01 1307138 /root/test/mem/t.exe

09f5d000-09f7e000 rw-p 09f5d000 00:00 0 [heap]

57e2f000-b7f35000 rw-p 57e2f000 00:00 0

b7f44000-b7f45000 rw-p b7f44000 00:00 0

bfb2f000-bfb45000 rw-p bfb2f000 00:00 0 [stack]

第二是關於多執行緒的。

現在的應用程式，多執行緒的居多。表一所描述的模型無法適用於多執行緒環境。按表一所述，程式最多擁有上g的棧空間，事實上，在多執行緒情況下，能用的棧空間是非常有限的。為了說明這個問題，我們再看另外乙個測試：

#include

stdio

.h>

#include

void

* thread_proc

(void

* param

)#define n5

intmain

(int

argc

, char

* argv);

printf

("first=%p/n"

, &first

);for(i

= 0;

i< n;

i++)

for(

i= 0;

i< n;

i++)

return0;}

執行後，輸出結果為：

first=0xbfd3d35c

(0xb7f2cbb0): first=0xb7f2c454

(0xb7f2cbb0): p0=0x84d52d8 p1=0xb4c27008

(0xb752bbb0): first=0xb752b454

(0xb752bbb0): p0=0x84d56e0 p1=0xb4b26008

(0xb6b2abb0): first=0xb6b2a454

(0xb6b2abb0): p0=0x84d5ae8 p1=0xb4a25008

(0xb6129bb0): first=0xb6129454

(0xb6129bb0): p0=0x84d5ef0 p1=0xb4924008

(0xb5728bb0): first=0xb5728454

(0xb5728bb0): p0=0x84d62f8 p1=0xb7e2c008

我們看一下:

主線程與第乙個執行緒的棧之間的距離：0xbfd3d35c - 0xb7f2c454=0x7e10f08=126m

第乙個執行緒與第二個執行緒的棧之間的距離：0xb7f2c454 - 0xb752b454=0xa01000=10m

其它幾個執行緒的棧之間距離均為10m。

也就是說，主線程的棧空間最大為126m，而普通執行緒的棧空間僅為10m，超這個範圍就會造成棧溢位。

棧溢位的後果是比較嚴重的，或者出現segmentation fault錯誤，或者出現莫名其妙的錯誤。

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