王道操作系统笔记，视频链接：3.1.1.3 进程的内存映像

进程的内存映像

1. 用于讲解的代码程序例子：

#include <stdio.h>
#define X 1024   //宏定义的常量
int a=1;          //全局变量
const int b=2;    //常量
void main(){
    static int c=3; //静态变量
    int d=4;        //局部变量
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int)*10);
    a = b+c+d;
    for (int i=0; i<10; i++){
        p[i] = X+i;
    }
    printf("Hello 研究生! \n");
...
}

2. 假定的内存：
   • 32位系统指的是32个字节，
   • 所以进程虚拟地址空间为4GB，因为刚好是$2^{3}2$字节。
   • 图：
     
3. 在第2点的图中，高地址的部分（图中操作系统内核区）会用于存储操作系统的一些内核数据，比如：
   • 进程的PCB、页表
   • 操作系统的代码
     • 第二章中学的进程调度就属于操作系统的代码
4. 例子中的程序属于用户程序，只能访问用户区的数据，不能访问操作系统内核区。
5. 用户区域从最低的部分开始往上，分别用于存储：
   • ①只读代码/数据（紫色部分）
     • 程序代码正式运行前会经过编译、链接等一系列处理，
     • 代码被翻译为与之等价的机器指令，
     • 这些机器指令在程序运行过程中不会改变，所以属于只读代码，
     • 运行过程中只能读取，不能写入，所以存储在这个区域。
     • 还有一些比如C语言当中表示常量的const，这类不能被修改的变量也会被存储在这个区域。
     • PS：C语言的宏定义中不会在内存中专门分配存储空间，
       • 如代码示例的#define X 1024，编译器会在预编译阶段将X替换为1024，
       • 然后1024这个值会被隐含到程序指令当中，
       • 这种将常量直接放在指令中的寻址方式叫做立即数寻址。
         • 注意：如果数值太大导致指令“塞不下”，编译器则会将常量放入内存的只读数据段，通过地址访问——但这一般不影响我们理解宏的本质。
       • 但是这是计组的内容了，这里不细究，可以自己搜索看看。
       • 总之，宏定义不会存储在这一部分。
   • ②读/写数据（绿色部分）
     • 结合C语言来说，就是全局变量和静态变量
       • 比如代码中的a，定义在main外，是全局变量
       • 代码中的c，用static关键字修饰，是静态变量
   • 以上两个部分，在进程启动时确定大小，固定不变
     • 因为这些部分本来就可以启动时确定
   • ③堆(heap)（蓝色部分）
     • 结合C语言来看，在C语言中，
     • 但凡用malloc和free两个函数去处理的那些数据就存储在堆当中。
     • 显然，这部分的大小是可以动态增加减小的，
     • 因为可以动态使用malloc和free
     • 对于32位系统来说，堆、读/写数据、只读代码/数据、未使用区四个部分最多为1GB
     • 也就是说，除去读/写数据、只读代码/数据、未使用区三部分，
     • 这1G剩下的空间可以全用于malloc和free
     • 64位系统给的空间更大，这里就不展开细聊
   • ④共享库的存储映射区（黄色部分）
     • 系统提供的库函数，比如print函数的代码，
     • 这些库函数的指令和代码就存储在这一部分，
     • 不同程序使用到的库函数不一样，用的越多，占用空间越多
     • 它从中间2GB的低地址部分往上
   • ⑤用户栈(Stack)（红色部分）
     • 程序由main函数进入，可能调用其他函数，
     • 每调用一层函数，就需要保存上一层函数的信息，
     • 同时需要开辟一个新的空间用于存储被调用函数的相关信息，
     • 所有的和函数调用相关的数据就存储在用户栈这一片区域当中。
     • 显然，这片区域也是会动态的增加或减少的。
     • 调用的函数层数越多，那么用户栈也会越大，
     • 函数中定义的局部变量以及函数调用的参数也存储在用户栈。
     • 它从中间2GB的高地址部分往下
6. 第5点的图：
   
7. 可能的考察形式：
   • 给一段C语言代码，询问对应的变量应该存储在哪一片区域当中

可能考法：根据C语言程序回答存储区域