#进程地址空间

在我们学习各种语言时&＃xff0c;通常会听到内存会被划分成一下区域&＃xff1a;

我们以下面这份代码做一个实验&＃xff1a;刚开始时&＃xff0c;我们打印val的值和地址&＃xff0c;因为子进程没有修改数据&＃xff0c;所以父子进程共享一份代码&＃xff0c;所以刚开始时&＃xff0c;我们打印的值时一样的。但当cnt&＃61;&＃61;3时&＃xff0c;子进程修改了g_val的值&＃xff0c;因此会发送写时拷贝&＃xff0c;此时父子进程打印g_val的值和地址应该是不一样的。但结果会是我们设想的那样吗&＃xff1f;

运行结果后发现&＃xff1a;g_val修改后&＃xff0c;打印的值是不同的&＃xff0c;但地址是相同的&＃xff01;

为什么父子进程的g_val的值相同&＃xff0c;地址却不同呢&＃xff1f;因为语言程序所使用的空间不是物理内存&＃xff0c;而是进程地址空间&＃xff01;若是同一个物理内存&＃xff0c;根本不可能存在同一块空间&＃xff0c;却是不同的值。

进程并不是直接使用物理内存的&＃xff0c;而是使用进程地址空间&＃xff0c;再通过页表映射到物理内存。我们创建进程时&＃xff0c;除了创建pcb&＃xff0c;还会创建一个结构体—进程地址空间变量(mm_struct)。创建进程地址空间的目的是让进程以为自己独占操作系统。
因此进程使用空间的逻辑上是这样的&＃xff1a;

所以在第一份代码中&＃xff0c;父子进程的g_val的值不同而地址相同&＃xff0c;是因为g_val在父子进程的进程地址空间的地址是相同的&＃xff0c;但父子进程的g_val分别映射到物理空间的地址肯定是不同的。

理解进程地址空间是什么之后&＃xff0c;那么为什么需要进程地址空间呢&＃xff1f;

1. 直接操作物理内存是不安全的因为不安全。程序要是非法访问或破坏数据&＃xff0c;会严重威胁计算机安全。所以引入进程地址空间是为了将程序和物理内存隔离开&＃xff0c;让操作物理内存的操作交给操作系统。
2. 将内存申请和内存使用的概念在时间上划分清楚&＃xff0c;通过虚拟地址空间&＃xff0c;来屏蔽底层申请内存的过程&＃xff0c;达到进程读写内存和OS进行内存管理操作&＃xff0c;进行软件上面的分离。例如&＃xff1a;当我们申请1000个字节的空间时&＃xff0c;如果你不立即使用这个空间&＃xff08;即不使用读写操作&＃xff09;&＃xff0c;这个空间并不会立刻在物理内存上开辟给你。因为如果你申请了空间&＃xff0c;但是不使用&＃xff0c;别的进程也使用不了这段空间&＃xff0c;这就造成了空间浪费。所以&＃xff0c;当我们申请空间时&＃xff0c;只会在进程地址空间上开辟一个“虚拟空间”&＃xff0c;告诉你这段空间已经申请了&＃xff1b;当你真正通过读写操作来使用这段空间时&＃xff0c;才会在物理内存上开辟这段空间给你&＃xff0c;并通过写时拷贝将数据写入这个物理空间。
3. 有了地址空间&＃xff0c;cpu就可以去地址空间的固定位置去读代码和数据&＃xff0c;再通过页表映射&＃xff0c;找到真正的代码和数据&＃xff1b;有了地址空间和页表映射&＃xff0c;这样磁盘加载数据到物理内存时&＃xff0c;就可以加载到物理内存的任意位置&＃xff0c;减小内存管理的压力&＃xff08;cpu读数据只要去固定位置读&＃xff0c;找数据交给操作系统&＃xff0c;通过地址空间和页表去找&＃xff09;。如果没有地址空间&＃xff0c;cpu读各个进程的代码和数据&＃xff0c;就要去不同的物理空间去找&＃xff0c;增加cpu负担。