程序地址空间

我们先看一下一般的程序地址空间（假设是32位下的操作系统4G内存）：

接下来我们看一段有意思的代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int gval=100;//定义一个全局变量
int main()
{pid_t pid=fork();//创建子进程if(pid==0){gval=10;//在子进程中对全局变量进行修改printf("this is child:%d-gval=%d\n-%p\n",pid,gval,&gval);}else if(pid>0){sleep(2);printf("this is parent:%d-gval=%d\n-%p\n",pid,gval,&gval);}return 0;
}

大家会觉得结果 gval 会是10 ,结果如下：

可以看到子进程的确是将gval修改成了10 但是父进程依然打印出的gval 是100 ，并且大家可以发现两个变量的地址确实相同的？

变量：像是一块空间的别名，通过别名可以访问空间中的内容
空间：用来存储数据的，一块空间只会存储一个数据
在我们中的程序中发现一个全局变量在父子进程中的数据时不一样的，一块空间值能存储一个数据，表明父子gval变量用的肯定不是同一个空间 但是经过打印发现，地址也是一样的

提出疑问：难道同一个空间同时存储了两个变量gval 一个是10 另一个是100？
当然这是不可能的！那么如何解释这个现象呢？
这里提出一个问题，我们打印出来的地址就是实际的物理地址吗？并不是，因此引入虚拟地址空间的概念。

虚拟地址空间

内存地址：对内存区域的编号，用过编号就可以寻找到相应的空间
实际上我们在进程中所看到的地址都是虚拟地址，而不是物理内存的单位编号
我们所说的程序地址空间实际上是一个虚拟地址空间

虚拟地址空间到底是什么？
实际上虚拟地址空间是操作系统给进程描述的一个虚假的地址空间

比如说我们使用的某盘–某盘说给每个人免费的都有1G空间甚至说有5 G 100G的空间，据调查中国有接近9亿的网民，它为什么敢说给每人那么多空间呢

其实通过虚拟地址空间，可以给进程造成一个假象：我有连续的，完整的内存使用
虚拟地址空间是操作系统通过一个struct mm_struct 结构描述的虚拟空间；就是虚拟的编号

比如一张桌子是1m 然后你和你的同桌进行划分 0-80 是你的 20- 100是你同桌的 看似两个人同同时拥有了80厘米的空间但是其实是虚拟的

为什么要使用虚拟地址空间：例如：

操作系统中的内存管理方式： 分段式/分页式 /段页式

先分配虚拟地址还是分配物理内存?：
先分配虚拟地址，然后再将数据存储在物理内存，当申请空间但不占用空间时（不进行数据存储），只开一个空头支票，当要存储数据的时候再进行物理内存的分配

分段式：将地址空间进行分段 ，代码段/数据段/堆/栈/参数/环境变量

根据使用一个空间的性质，在不同的分段，分配虚拟地址，有助于编译器的内存管理

虚拟地址的组成：段号+段内的偏移量
在操作系统中有一个段表，表中包含：虚拟段号，物理内存段起始地址
段表：

通过虚拟地址中的段号，在段表中找到相应的段表项，得到物理段起始地址，加上段内偏移最终得到物理地址

但是这样的话还是会有很多的内存碎片

分页式内存管理：

虚拟地址的组成：页号+页内偏移量
在操作系统中有一个页表，页表中包含：虚拟页号，物理块号，内存访问控制标志，缺页中断位

分页式内存管理主要实现数据在物理内存上的离散式存储以及页面的访问控制

页内偏移占多少个字节取决于页面的大小 例如一个页面时4096个字节的话 占低12 位 因为 2^12=4096
其他的为页号所占的位数

段页式：在分段的基础上，每个分段内进行分页式管理 （现在电脑所使用的）

地址组成：段号-段内页号-页内偏移
通过段号在段表中找到内存段对应的页表地址 ，根据地址找到页表 ，通过段内页号找到页表项，得到物理起始地址（或者物理块号）加上页内偏移
段表中包含：段号+段内页表起始地址 页表包含：页号+页内偏移

其实了解了这些，我们可以知道，虽然打印出的地址是相同的，但是其实实际的物理地址是不同的，为子进程又重新开辟了空间，存储了变量gval.