Linux之程序的虛擬地址空間,邏輯地址和實體地址,程序管理命令

程序的虛擬地址空間

程序有自己的獨立地址空間，每啟動一個程序，系統就會為它分配地址空間，虛擬地址空間的大小由計算機的硬體平臺決定，比如32位元的平臺決定了虛擬地址空間為4G（因為32位元系統上指標能夠定址的範圍是2³²）

這4G空間的分配如下：

• 由上圖可知，程序的虛擬記憶體被分為若干個“段”；
• 每個段其實還被分成了若干個“塊”，我們將這個“塊”稱為“頁”；
• 記憶體的對映（虛擬地址和實體地址之間的轉換）也是以“頁”為單位的；
• 一般來說一頁的大小4K；
• 交換空間（記憶體‘【這裡說的是實體記憶體】不夠時使用，把當前不使用的資料或者臨時資料放入到交換分割區中），在防止資料塊到交換分割區時，也是以"頁"為單位的，這個過程我們稱為“換出”，再由交換分割區調入記憶體，我們稱為“換入”，整個過程即為“換頁”

注意：虛擬地址一般由段號、頁號、頁中偏移量構成，從而最終計算出你的實體地址；

缺頁：消除了程序全部載入記憶體中，按需調頁（也就是換頁）；

以上就是Linux的段頁式記憶體管理

1.核心空間（1G）

駐留在記憶體內，是作業系統的一部分，核心空間為核心保留，不允許應用程式讀寫該區域或呼叫核心程式碼。

2 棧(stack)

包括以下內容和用途：

• 1 函數的返回值和引數。
• 2 臨時變數，包括非靜態區域性變數，以及編譯器自動生成的臨時變數。
• 3 儲存上下文：包括函數呼叫前後需保持不變的暫存器。

3 記憶體對映段(mmap)

該區域用於對映可執行檔案用到的動態連結庫。若可執行檔案依賴共用庫，則系統會為這些動態庫在從0x40000000開始的地址分配相應空間，並在程式裝載時將其載入到該空間。

在Linux 核心中，共用庫的起始地址被往上移動至更靠近棧區的位置。

4 堆(heap)

堆用於存放程序執行時動態分配的記憶體段，可動態擴張或縮減。堆中內容是匿名的，不能按名字直接存取，只能通過指標間接存取。

當程序呼叫malloc©/new(C++)等函數分配記憶體時，新分配的記憶體動態新增到堆上(擴張)；當呼叫free©/delete(C++)等函數釋放記憶體時，被釋放的記憶體從堆中剔除(縮減) 。

5 .BSS段

.BSS(Block Started by Symbol)段中通常存放程式中以下符號：

• 1 未初始化的全域性變數和靜態區域性變數
• 2 初始值為0的全域性變數和靜態區域性變數(依賴於編譯器實現)
• 3 未定義且初值不為0的符號(該初值即common block的大小)

6 資料段(.Data)

資料段通常用於存放程式中已初始化且初值不為0的全域性變數和靜態區域性變數。

資料段屬於靜態記憶體分配(靜態儲存區)，可讀可寫。

7 程式碼段(text)

程式碼段也稱正文段或文欄位，通常用於存放程式執行程式碼(即CPU執行的機器指令)。一般C語言執行語句都編譯成機器程式碼儲存在程式碼段。

通常程式碼段是可共用的，因此頻繁執行的程式只需要在記憶體中擁有一份拷貝即可。

程式碼段通常屬於唯讀，以防止其他程式意外地修改其指令(對該段的寫操作將導致段錯誤)。

某些架構也允許程式碼段為可寫，即允許修改程式。

8 保留區

位於虛擬地址空間的最低部分，未賦予實體地址。

任何對它的參照都是非法的，用於捕捉使用空指標和小整型值指標參照記憶體的異常情況。

一個頁面的大小為4K（212），

——因此程序可以使用220個頁面

注：絕大多數處理器上的記憶體頁的預設大小都是 4KB，雖然部分處理器會使用 8KB、16KB 或者 64KB 作為預設的頁面大小，但是 4KB 的頁面仍然是作業系統預設記憶體頁設定的主流

邏輯地址

在某一段程式中，我們輸出的變數記憶體地址，其實是邏輯地址，也就是程序的地址空間。

虛擬地址向實體地址的轉換依靠的是記憶體管理單元（MMU）

有些時候，父子程序的某個變數的輸出地址可能相同，只可能是其邏輯地址相同，要想知道它們在記憶體中的實體地址，就必須根據邏輯地址判斷頁表號，再根據各自的頁表進行對映，找到其在記憶體中的具體位置，，不同程序的邏輯地址沒有可比性，但是如果在同一個程序中，若地址相同，那就證明其在同一段實體記憶體中。

如圖，在上述圖片中，假設父子程序的兩個變數的邏輯地址均為4097，那麼其就應該在頁表號為1的頁面上且偏移量為2（0-4095）的位置，在根據頁表號對映出其在實體記憶體中的真實地址。

為什麼我們在程式中不使用實體地址？

因為在執行程式的目標主機上，我們不知道當前哪些物理頁面是空閒的，如果我們程式寫的都是物理頁面，比如說，第一個程序說它要用0，1，2，3號頁面，假設其子程序也要用0，1，2，3號頁面，就衝突了，然後其他頁面是空閒的。我們在程式設計途中不知道其他程式會用哪些物理頁面，我們無法預知將要執行的主機上哪些物理頁面是空閒，而且物理頁面的空閒頁面是變化的，每次開機，空閒的頁面是不一樣的，我們無法確定，所以我們只能看邏輯地址，就像跳舞一樣，每個人有相對其他人的位置，跳舞的佇列是不變的，但是有可能在操場跳舞，或者在廣場跳舞。我們只能記錄相對位置，然後通過頁表對映，頁表的更新，確定哪個物理頁面是空閒的。

程序管理命令

pstree:樹狀結構顯示程序

ps：報告程式狀況

這一命令用來顯示某一時間點的程序資訊，這些資訊是靜態的，

若想檢視當前系統執行的動態程式資訊 可以使用top命令。

top:

下面列舉一些常用的選項：

ps -ef：顯示所有程式，並以ASCII字元顯示樹狀結構，表達程式間的相互關係

• -e和-A的意思是一樣的，即顯示有關其他使用者程序的資訊，包括那些沒有控制終端的程序。
• -f顯示使用者id，程序id，父程序id，最近CPU使用情況，程序開始時間等等

ps -l：長格式輸出

ps -aux：顯示當前終端所有程序（a）

注意與ps aux區分：列出正在執行的所有程序

使用者名稱 程序ID %CPU %記憶體 虛擬記憶體 固定記憶體 終端 狀態 起始時間 CPU時間 程式指令

ps -x：當前使用者在所有終端下的程序

ps -u：以使用者格式輸出

ps -elf：顯示系統內的所有程序

列名解釋：

如何殺死一個程序

• kill  pid：結束pid程序
• pkill：結束程序族
• kill -9 pid：強制結束一個程序該，命令列可以使用`-9`引數來強制殺死程序

pkill sleep：可以結束後臺掛起的所用名叫sleep的程序

掛起是一種省電模式，系統將機器的硬碟，顯示器等外部裝置停止工作，而CPU，記憶體仍然在工作中，等待使用者隨時喚醒。

• kill -stop pid：掛起一個程序
•  jobs：檢視被掛起的程式工作號
• command &：直接在後臺執行程式

用grep命令和kil命令結合殺死一個目標程序

如何在後臺執行一個程序 

命令+&

eg：

• sleep 300&
• sleep 300 &

程序恢復

• fg 工作號：將掛起的作業放回到前臺執行
• bg 工作號：將掛起的作業放到後臺執行

總結

以上為個人經驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支援it145.com。