作業系統記憶體管理

1.**段：**段用來存放可執行檔案的操作指令，也就是說它是可執行程式在記憶體中的映象，**段需要防止在執行時被非法修改，所以只允許讀取操作，不允許寫操作，—它是不可寫的

2.資料段：資料段用來存放可執行檔案中的已初始化的全域性變數，換句話說就是存放程式靜態分配的變數和全域性變數

3.bss段：bss段包含了程式中未初始化的全域性變數，在記憶體中bss段全部置零

4.堆：堆是用於存放程序執行中被動態分配的記憶體段，它的大小並不固定，可動態擴張或者縮減，當程序呼叫malloc等函式分配記憶體時，新分配的記憶體就被動態新增到堆上（堆被擴張）；當利用free等函式釋放記憶體時，被釋放的記憶體從堆中被剔除

5.棧：棧時使用者存放程式臨時建立的區域性變數，也就是說我們函式括弧「{}」中定義的變數（但不包括static宣告的變數，static意味著在資料段中存放變數）。除此以外，在函式被呼叫時，其引數也會被壓入發起呼叫的程序棧中，並且等到呼叫結束後，函式的返回值也會被存放回棧中

這裡也就能提出三個問題：

1.程序空間位址如何管理

2.程序位址如何對映到物理記憶體

3.物理記憶體如何被管理

同樣由上述問題引發的一些子問題：比如系統虛擬位址分布，記憶體分配介面，連續記憶體分配與非連續記憶體分配

linux作業系統採用虛擬記憶體管理技術，使得每個程序都有各自互不干涉的程序位址空間，該空間是大小為4g的線性虛擬空間，使用者所看到和接觸到的都是虛擬位址，無法看到實際的物理記憶體位址。利用這種虛擬位址不但能祈禱保護作業系統的效果（使用者不能直接訪問物理記憶體），而且更重要的是，使用者程式可使用比實際物理記憶體更大的位址空間。

需要澄清的幾個問題

程序記憶體管理的物件是程序線性空間上的記憶體映象，這些記憶體映象其實就是程序使用的虛擬記憶體區域，程序的虛擬空間是個32或64為平台的位址空間，為了方便管理，虛擬空間被劃分為大小可變化的（4096的倍數）記憶體區域，這些區域在程序線性位址中有序排列。這些區域的劃分原則是"將訪問屬性一致的位址空間存放在一起"，可讀可寫可執行。

可以通過cat/proc//maps獲得某個程序所占用的記憶體區域。

每行資料的格式如下：

（記憶體區域）開始 - 結束訪問許可權偏移主裝置號：次裝置號 i節點檔案

在linux核心中對應程序記憶體區域的資料結構是：vm_area_struct，核心將每個記憶體區域作為乙個單獨的記憶體物件管理，相應的操作也都一致。採用物件導向是vma結構體可以代表多種型別的記憶體區域—比如記憶體對映檔案或者程序的使用者空間棧等，對這些區域的操作也都不盡相同。

vm_area_struct結構比較複雜，關於它的詳細結構請參閱相關材料。我們這裡只對它的組織方法做一些補充說明，vm_area_struct是描述程序位址空間的基本管理單元，對於乙個程序來說往往需要多個記憶體區域描述它的虛擬空間，如何關聯這些不同的記憶體區域呢？大家可能都會想到使用鍊錶，的確vm_area_struct結構缺實是以鍊錶形式鏈結，不過為了方便查詢，核心又以紅黑樹（以前的核心使用平衡樹）的形式組織記憶體區域，以便降低搜尋耗時。並存的兩種組織形式，並非冗餘，鍊錶用於需要遍歷全部節點的時候用，而紅黑樹是用於位址空間中定位特定的記憶體區域的時候用，核心為了記憶體區域上的各種不同的操作都能過得高效能，所以同時使用了兩種資料結構。

程序的位址空間對應的描述結構是"記憶體描述符結構"，它表示程序的全部位址空間，——包含了和程序位址空間有關的全部資訊，其中當然包含程序的記憶體區域。

我們之前就知道，程序所能直接操作的位址是虛擬位址，但是當程序執行時，從核心獲得的僅僅是虛擬的記憶體區域，而不是實際的實體地址，獲得的僅僅是對乙個新的線性位址區間的使用權，實際的物理記憶體只有當進**的去訪問新獲取的虛擬位址時，才會由"請求頁機制"產生缺頁異常，從而進入分配實際頁面的例程。

該異常是虛擬記憶體機制賴以存在的基本保證——它會告訴核心去真正為程序分配物理頁，並建立對應的頁表，這時候虛擬位址才實實在在地對映到了系統的物理記憶體上。

這種請求頁機制把頁面的分配推遲到不能再推遲為止。

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