Linux虚拟内存管理详解

"这篇内容主要探讨了Linux操作系统中的虚拟内存管理机制，特别是针对32位和64位系统的差异。虚拟内存系统使得每个进程都有自己独立的地址空间，从而增加了安全性并提高了内存利用率。" 在Linux中，每个进程都有一个独立的虚拟地址空间，它被划分为多个区域，分别是： 1. 只读段：这部分内存包含程序的代码段和只读数据（如C语言的常量字符串和#define定义的常量），对这些区域的任何写操作都会触发硬件保护机制，导致 segmentation fault。 2. 数据段：存储全局变量和静态变量，这些变量在程序的生命周期内保持不变或在程序的不同部分之间共享。 3. 堆：动态内存分配的主要来源，通过malloc/new等函数申请的空间通常位于堆上。堆的大小可以通过brk和sbrk函数动态调整，堆顶位置由这些函数控制，向高地址方向增长。 4. 文件映射区域：这一区域用于将磁盘上的文件（如动态库）或共享内存映射到进程的地址空间，通常通过mmap函数实现。这种方式可以提高内存访问效率，并允许多个进程共享同一份物理内存。 5. 栈：函数调用时保存局部变量和函数调用上下文的地方。栈顶由%esp寄存器指示，每次函数调用都会在栈上分配空间，栈的大小一般默认为8MB，可通过ulimit -s命令查看。 6. 内核虚拟空间：这部分空间对用户进程是不可见的，由内核管理，包含了内核代码、内核数据结构（如页表和内核栈）以及与进程相关的数据。 在32位系统中，总共有4GB的虚拟地址空间，其中0x08048000到0xbfffffff是用户空间，0xc0000000到0xffffffff是内核空间。而在64位系统中，地址空间显著扩大，为进程提供了更大的内存寻址能力。 通过示例代码，我们可以看到如何使用C语言来打印不同区域的内存地址，如main函数的地址、全局变量和栈顶地址。sbrk(0)函数返回当前堆的顶部，这可以帮助我们了解进程的地址空间分布。 Linux虚拟内存管理提供了一种高效且安全的内存模型，它允许进程使用比物理内存更多的地址，同时通过页表映射和交换机制来管理实际的物理内存使用，确保资源的有效利用。