Linux中的地址空间分配原则

1、linux中的地址空间分配原则有这么一系列的问题，是否在困扰着你：用户程序编译衔接形成的地址空间在什么范围内？内核编译后地址空间在什么范围内？要对外设举行拜访，i/o的地址空间又是什么样的？先回答第一个问题。最频繁的可执行文件格式为elf(executable and linkable format)。在elf格式的可执行代码中，ld总是从0x8000000开头支配程序的“代码段”，对每个程序都是这样。至于程序执行时在物理内存中的实际地址，则由内核为其建立内存映射时暂时分配，详细地址取决于当初所分配的物理内存页面。我们可以用linux的有用程序objdump对你的程序举行反汇编，从而知晓其地址

2、范围。例如：假定我们有一个容易的c程序hello.cincludegreeting ( )printf(“hello,world!n”);main()greeting();之所以把这样容易的程序写成两个函数，是为了解释命令的转移过程。我们用gcc和ld对其举行编译和衔接，得到可执行代码hello。然后，用linux的有用程序objdump对其举行反汇编：$objdump -d hello得到的主要片段为：08048568 :8048568:pushl %ebp8048569:movl %esp, %ebp804856b:pushl $0x809404 8048570:call 8048474

3、8048575:addl $0x4, %esp 8048578:leave 8048579:ret 804857a:movl %esi, %esi 0804857c :804857c:pushl %ebp 804857d:movl %esp, %ebp 804857f:call 8048568 8048584:leave 8048585:ret 8048586:nop 8048587:nop其中，像08048568这样的地址，就是我们常说的虚地址（这个地址实实在在的存在，只不过由于物理地址的存在，显得它是“虚”的罢了）。虚拟内存、内核空间和用户空间linux虚拟内存的大小为232（在32位的x

4、86机器上），内核将这4g字节的空间分为两部分。最高的1g字节（从虚地址0xc0000000到0xffffffff）供内核用法，称为“内核空间”。而较低的3g字节（从虚地址0x00000000到0xbfffffff），供各个进程用法，称为“用户空间”。由于每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，linux内核空间由系统内的全部进程分享。于是，从详细进程的角度来看，每个进程可以拥有4g字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存)。 每个进程有各自的私实用户空间（03g），这个空间对系统中的其他进程是不行见的。最高的1gb内核空间则为全部进程以及内核所分享。另外，进程的“用户空间”也叫“地址空间”，在后面的

5、讲述中，我们对这两个术语不再区别。用户空间不是进程分享的，而是进程隔离的。每个进程最大都可以有3gb的用户空间。一个进程对其中一个地址的拜访，与其它进程对于同一地址的拜访绝不矛盾。比如，一个进程从其用户空间的地址0x1234abcd处可以读出整数8，而另外一个进程从其用户空间的地址0x1234abcd处可以读出整数20，这取决于进程自身的规律。随意一个时刻，在一个cpu上惟独一个进程在运行。所以对于此cpu来讲，在这一时刻，囫囵系统只存在一个4gb的虚拟地址空间，这个虚拟地址空间是面对此进程的。当进程发生切换的时候，虚拟地址空间也随着切换。由此可以看出，每个进程都有自己的虚拟地址空间，惟独此进

6、程运行的时候，其虚拟地址空间才被运行它的cpu所知。在其它时刻，其虚拟地址空间对于cpu来说，是不行知的。所以尽管每个进程都可以有4 gb的虚拟地址空间，但在cpu眼中，惟独一个虚拟地址空间存在。虚拟地址空间的变幻，随着进程切换而变幻。从上面我们知道，一个程序编译衔接后形成的地址空间是一个虚拟地址空间，但是程序终于还是要运行在物理内存中。因此，应用程序所给出的任何虚地址终于必需被转化为物理地址，所以，虚拟地址空间必需被映射到物理内存空间中，这个映射关系需要通过硬件体系结构所规定的数据结构来建立。这就是我们所说的段描述符表和页表，linux主要通过页表来举行映射。于是，我们得出一个结论，假如给出

7、的页表不同，那么cpu将某一虚拟地址空间中的地址转化成的物理地址就会不同。所以我们为每一个进程都建立其页表，将每个进程的虚拟地址空间按照自己的需要映射到物理地址空间上。既然某一时刻在某一cpu上只能有一个进程在运行，那么当进程发生切换的时候，将页表也更换为相应进程的页表，这就可以实现每个进程都有自己的虚拟地址空间而互不影响。所以，在随意时刻，对于一个cpu来说，只需要有当前进程的页表，就可以实现其虚拟地址到物理地址的转化。.内核空间到物理内存的映射内核空间对全部的进程都是分享的，其中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据，不管是内核程序还是用户程序，它们被编译和

8、衔接以后，所形成的命令和符号地址都是虚地址（参见2.5节中的例子），而不是物理内存中的物理地址。虽然内核空间占领了每个虚拟空间中的最高1gb字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0x00000000）开头的，4.2所示，之所以这么规定，是为了在内核空间与物理内存之间建立容易的线性映射关系。其中，3gb（0xc0000000）就是物理地址与虚拟地址之间的位移量，在linux代码中就叫做page_offset。我们来看一下在include/asm/i386/page.h头文件中对内核空间中地址映射的解释及定义：define _page_offset(0xc0000000) define page_offset(unsigned long)_page_offset)define _pa(x)(unsigned long)(x)-page_offset)define _va(x)(void *)(unsigned long)(x)+page_offset)对于内核空间而言，给定一个虚地址x，其物