2.1 x86 平台 linux 程序記憶體布局
linux 系統在裝載 elf 格式的程式檔案時，會呼叫 loader 把可執行檔案中的各個段依次載入到從某一位址開始的空間中（載入位址取決 link editor(ld)和機器位址位數，在 32 位機器上是 0x8048000，即 128m 處）。如下圖所示，
以 32 位機器為例，首先被載入的是.text 段， 然後是.data 段，最後是.bss 段。這可以看作是程式的開始空間。程式所能訪問的最後的位址是 0xbfffffff，也就是到 3g 位址處，3g 以上的 1g 空間是核心使用的，應用程式不可以直接訪問。應用程式的堆疊從最高位址處開始向下生長，.bss 段與堆疊之間的空間是空閒的， 空閒空間被分成兩部分，一部分為 heap，一部分為 mmap 對映區域，mmap 對映區域一般從 task_size/3 的地方開始，但在不同的 linux 核心和機器上，mmap 區域的開始位置一般是不同的。heap 和 mmap 區域都可以供使用者自由使用，但是它在剛開始的時候並沒有對映到記憶體空間內，是不可訪問的。在向核心請求分配該空間之前，對這個空間的訪問會導致segmentation fault。使用者程式可以直接使用系統呼叫來管理 heap 和mmap 對映區域，但更多的時候程式都是使用c 語言提供的 malloc()和 free()函式來動態的分配和釋放記憶體。stack 區域是唯一不需要對映，使用者卻可以訪問的記憶體區域，這也是利用堆疊溢位進行攻擊的基礎。
2.2.132位模式下程序預設記憶體布局
在預設的程序記憶體布局中，棧至頂向下擴充套件，並且棧是有界的。堆至底向上擴充套件，mmap 對映區域至頂向下擴充套件，mmap 對映區域和堆相對擴充套件，直至耗盡虛擬位址空間中的剩餘區域，這種結構便於 c 執行時庫使用 mmap 對映區域和堆進行記憶體分配。
上圖的布局形式是在核心2.6.7 以後才引入的，這是 32 位模式下程序的預設記憶體布局形式。
2.1作業系統記憶體分配的相關函式
heap 和mmap 對映區域是可以提供給使用者程式使用的虛擬記憶體空間，如何獲得該區域的記憶體呢？作業系統提供了相關的系統呼叫來完成相關工作。對 heap 的操作，作業系統提供了brk()函式，c 執行時庫提供了sbrk()函式；對 mmap對映區域的操作，作業系統提供了 mmap()和 munmap()函式。sbrk()，brk() 或者 mmap() 都可以用來向我們的程序新增額外的虛擬記憶體。glibc 同樣是使用這些函式向作業系統申請虛擬記憶體。
這裡要提到乙個很重要的概念，記憶體的延遲分配，只有在真正訪問乙個位址的時候才建立這個位址的物理對映，這是 linux 記憶體管理的基本思想之一。linux 核心在使用者申請記憶體的時候，只是給它分配了乙個線性區（也就是虛擬記憶體區域），並沒有分配實際物理記憶體；只有當使用者使用這塊記憶體的時候，核心才會分配具體的物理頁面給使用者，這時候才占用寶貴的物理記憶體。核心釋放物理頁面是通過釋放線性區，找到其所對應的物理頁面，將其全部釋放的過程。
2.2.1heap 操作相關函式
heap 操作函式主要有兩個，brk()為系統呼叫，sbrk()為 c 庫函式。系統呼叫通常提供一種最小功能，而庫函式通常提供比較複雜的功能。glibc 的 malloc 函式族（realloc，calloc 等） 就呼叫 sbrk()函式將資料段的下界移動，sbrk()函式在核心的管理下將虛擬位址空間對映到記憶體，供 malloc()函式使用。
核心資料結構 mm_struct 中的成員變數 start_code 和 end_code 是程序**段的起始和終止位址，start_data 和 end_data 是程序資料段的起始和終止位址，start_stack 是程序堆疊段起始位址，start_brk 是程序動態記憶體分配起始位址（堆的起始位址），還有乙個 brk（堆的當前最後位址），就是動態記憶體分配當前的終止位址。c語言的動態記憶體分配基本函式是 malloc()，在 linux 上的實現是通過核心的 brk 系統呼叫,sbrk()是對brk()簡單封裝。brk()是乙個非常簡單的系統呼叫， 只是簡單地改變mm_struct 結構的成員變數 brk 的值。
這兩個函式的定義如下：
#include int brk(void *addr);
void *sbrk(intptr_t increment);
需要說明的是，但 sbrk()的引數 increment 為 0 時，sbrk()返回的是程序的當前 brk 值，
increment 為正數時擴充套件 brk 值，當 increment 為負值時收縮 brk 值。
2.2.2mmap 對映區域操作相關函式
mmap()函式將乙個檔案或者其它物件對映進記憶體
。檔案被對映到多個頁上，如果檔案的大小不是所有頁的大小之和，最後乙個頁不被使用的空間將會清零。munmap 執行相反的操作，刪除特定位址區域的物件對映。函式的定義如下：
#include
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset); int munmap(void *addr, size_t length);
引數：start：對映區的開始位址。
length：對映區的長度。
prot：期望的記憶體保護標誌，不能與檔案的開啟模式衝突。是以下的某個值，可以通過
or 運算合理地組合在一起。ptmalloc 中主要使用了如下的幾個標誌：
prot_exec //頁內容可以被執行，ptmalloc 中沒有使用
prot_read //頁內容可以被讀取，ptmalloc 直接用 mmap 分配記憶體並立即返回給使用者時設定該標誌
prot_write //頁可以被寫入，ptmalloc 直接用 mmap 分配記憶體並立即返回給使用者時設定該標誌
prot_none //頁不可訪問，ptmalloc 用 mmap 向系統「批發」一塊記憶體進行管理時設定該標誌
flags：指定對映物件的型別，對映選項和對映頁是否可以共享。它的值可以是乙個或者多個以下位的組合體
map_fixed //使用指定的對映起始位址，如果由 start 和 len 引數指定的記憶體區重疊於現存的對映空間，重疊部分將會被丟棄。如果指定的起始位址不可用，
操作將會失敗。並且起始位址必須落在頁的邊界上。ptmalloc 在**從系統中「批發」的記憶體時設定該標誌。
map_private //建立乙個寫入時拷貝的私有對映。記憶體區域的寫入不會影響到原檔案。這個標誌和以上標誌是互斥的，只能使用其中乙個。ptmalloc 每次呼叫mmap 都設定該標誌。
map_noreserve //不要為這個對映保留交換空間。當交換空間被保留，對對映區修改的可能會得到保證。當交換空間不被保留，同時記憶體不足，對對映區的修改
會引起段違例訊號。ptmalloc 向系統「批發」記憶體塊時設定該標誌。
map_anonymous //匿名對映，對映區不與任何檔案關聯。ptmalloc 每次呼叫 mmap
都設定該標誌。
fd：有效的檔案描述詞。如果 map_anonymous 被設定，為了相容問題，其值應為-1。
offset：被對映物件內容的起點。
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