河北企业网站设计,seo如何优化网站推广,wordpress阿里云套餐,深圳哪里有网络推广渠避文章目录 1. 奇怪的现象2. 虚拟地址空间3. 关于页表4. 为什么要有虚拟地址 1. 奇怪的现象
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因为这个地址不是物理内存的地址 #xff0c;如果是物理内存的地址是绝对不可能出… 文章目录 1. 奇怪的现象2. 虚拟地址空间3. 关于页表4. 为什么要有虚拟地址 1. 奇怪的现象
我们先看一个现象 为什么父子进程从“同一块地址中”读取到的值不一样呢
因为这个地址不是物理内存的地址 如果是物理内存的地址是绝对不可能出现该现象的
在Linux地址下这种地址叫做虚拟地址线性地址。 我们在用C/C语言所看到的地址全部都是虚拟地址物理地址用户一概看不到由OS统一管理。
相信大家在未学习Linux之前一定看过下图中C/C中程序内存区间划分图但是它根本不是一个程序的内存布局它应该叫做进程地址空间布局它不属于语言的范畴属于系统范畴。
2. 虚拟地址空间
对操作系统而言物理空间是有限的为了避免进程之间“不合理的”使用OS会给每个进程都画一张进程地址空间布局的“大饼”它让每个进程都自以为自己可以使用大小为空间布局中所示的空间上图右图所示在进程申请空间的时候OS再确定空间是否足够是否分配给进程。
OS对于所画的“饼”也要进行管理这个“饼”就是进程虚拟地址空间本质上是一种内核数据结构的对象(mm_struct)类似于PCB。
所以当我们创建一个进程的时候会有一个task_struct对应的数据结构为了不让该进程直接访问物理内存因此在二者之间OS设计了一种数据结构mm_struct(当前进程的地址空间即饼)。每个进程都随时随地携带被画的“饼”每次它访问物理内存时都要通过饼进行访问。
对于虚拟地址空间中的划分是如何做的呢 因为虚拟地址空间对应的是一个数据结构所以就可以在其内部设置各个区域的开始和结束位置即可下图为Linux内核源代码 尽管有了虚拟地址空间区域划分后但是进程的代码和数据也是需要占据物理内存的每一个数据都要占据物理地址那如何从划分的区域找出对应的物理地址呢
在操作系统内部会构建一个叫做页表的东西。
所以一个进程所能看到的所有的地址全部都会经过页表的映射映射到特定的物理内存中然后让用户使用虚拟地址去访问对应的物理地址。
所以虚拟地址空间页表 虚拟内存的管理方案
在创建子进程时子进程会以父进程为模板构建自己的PCB、虚拟地址空间、页表。所以父子进程指向同样的物理内存。
在父子不修改指向的同一块地址时数据其实是共享的。 在一个进程修改数据时由于进程具有独立性会先发生写时拷贝页表中虚拟地址的内容不变只对要修改的数据重新申请一个新的物理地址同时修改页表中物理地址的内容即可。 这也就能解释最开始时我们所看到的奇怪现象了。仅仅是它们的虚拟地址相同物理地址不同罢了
所以我们可以更新一下进程的定义了进程 内核数据结构task_struct、mm_struct、页表 自己的代码和数据。
所以为什么进程具有独立性呢 因为它们的PCB、虚拟地址空间、页表都是各自一份对于代码和数据采用写时拷贝的机制各自私有一份。由于它的内核数据结构各自一份代码和数据也是独立的所以进程也就是独立的。 因此进程与虚拟地址空间mm_struct是强绑定的。那么虚拟地址空间中的已初始化、未初始化、字符常量区也就会随着进程一直存在直到进程结束虚拟地址空间被释放。
那么全局变量的虚拟地址也就一直被大家看到所以我们所定义的全局变量具有全局性。
3. 关于页表
页表中除了虚拟地址和物理地址的映射以外还有很多的标记位例如
权限标记位rwx
用于标记当前虚拟地址所映射的物理地址是否具有rwx权限。
当具有w权限时你就可以对物理地址上的内容进行写入当没有w权限如果对物理地址进行写入操作系统就可能将进程杀掉。 对常量字符串进行修改程序崩掉就是该原因。char *str “hello”; *str ‘C’运行崩溃编译不报错因为这是操作系统运行时才能发现的问题。所以编译器为了检查该类问题引入了const关键字
isexists
用于标记虚拟地址所对应的物理地址是否在内存中存在目标数据是否在内存中。为什么存在这个标记位呢
当磁盘中的代码量过大超出内存的大小无法一次性全部加载到内存中而且代码中已经跑过的代码没有必要继续在存放在内存中所以代码不是一下子全部加载到内存中而是分批加载到内存中。那么该标记位的作用就是目标数据是否加载到内存中通过该标记位就可以知道。 如果已经加载到内存中了直接按照虚拟与物理的映射进行访问如果未加载到内存中操作系统会帮我们加载。 有了该标记位就可以支持分批加载 、挂起等操作。
4. 为什么要有虚拟地址
虚拟地址空间页表可保护内存
检查所访问的地址是否正确。 例如野指针野指针对应的虚拟地址在页表中根本不存在也就没有映射关系或者映射关系权限不对操作系统直接拦住不允许你访问物理内存。 虚拟地址允许操作系统实施更精细的权限控制通过设置不同的虚拟地址空间操作系统可以控制哪些部分是只读、可写、可执行的进一步提高了系统的安全性。
进程管理与内存管理解耦合 进程管理 虚拟地址为每个进程提供了一个独立的地址空间使得每个进程都认为它是在独占的内存空间中运行这个空间在逻辑上是连续的但实际上是由操作系统进行分段和分页管理的。进程管理模块只需要关注进程的创建、调度和终止等操作而无需关心物理内存的实际布局和大小而是通过一个统一的虚拟地址来访问内存。 内存管理 内存管理模块则负责内存资源的分配、回收和优化等操作可以根据系统的实际内存情况和需求进行独立管理。
简而言之进程要被创建和内存没关系。进程只需要将PCB、地址空间、页表构建好进程中申请的各种空间全部在虚拟地址中设置完毕来骗过进程等进程后续真正使用的时候物理内存才真正被申请以提高物理内存的使用率虚拟和物理地址二者具有滞后性各自独立。 如果没有虚拟地址在对进程进行管理时还需要考虑内存管理的问题。此时进程若申请内存就会立马给它所以还要考虑内存管理的问题内存分配、回收和置换等复杂操作。 让进程以统一的视角看待物理内存
由于有了页表做映射所以代码和数据在物理内存中可以任意存放即代码和数据可以加载到物理内存的任意地方。
尽管你在物理内存中是无序的但我进程看虚拟地址永远是有序的是一个无序变有序的过程。
