计算机内存的基本结构

这是本人在做本实验时了解的前置知识，有不对或者不清晰的内容希望能在评论区提出，会认真改正和学习。

目录

• Memory Layout 内存结构
• Virtual Address & Physical Address 虚拟地址和物理地址

Memory Layout

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概述

在这张图中，介绍了内存的存储结构，分别是：

• stack：栈
• heap：堆
• BSS Segment：Block Started by Symbol
• Data Segment：数据段
• Text Segment：代码段

从代码中学习

...
// data stored in Data Segment 
int x = 100; 
int main(){
 	// data stored on stack (Local Variable)
 	int a=2;
 	float b = 2.5;
 	// data stored in BSS Segment
 	static y;
 	//allocate memory on heap
 	int *ptr = (int*)malloc(2*sizeof(int));
 	// value 5 and 6 stored on heap
 	ptr[0]=5;
 	ptr[1]=6；
 	// deallocate memory on heap
 	free(ptr);
 	return 1; 
} 

• stack 栈中存储的是局部变量(不包括static变量)
  • 可读可写
  • 存储代码中的局部变量
  • 栈的生存期取决于代码块，代码块运行就会分配空间但代码块结束就会自动收回空间。
• heap 堆
  • 可读可写
  • 存储程序运行期间动态分配的空间，一般为malloc/realloc函数
  • 堆从分配一直存在，一直到执行free函数释放。进程创建就存在，进程死亡就消失
• BSS Segment
  • 可读可写
  • 存储未被初始化的全局变量或者static变量
  • 未被初始化的值会存储到这里，并且会有默认值为0。因为操作系统在其中放入了0，OS并不想让未初始化的值获取一个随机的值。
  • 进程创建就存在，进程死亡就消失
• Data Segment
  • 可读可写
  • 存储未被初始化的全局变量或者static变量
  • 进程创建就存在，进程死亡就消失
• Text Segment
  • 用于存放指令，运行代码的一块内存空间
  • 空间大小一般在运行之前就已经确定
  • 在这其中可能包含一些只读的常数变量，比如字符串常量。

在上述代码中，已经有了详细的注释每个数据存储到了哪里。但是仍有几点要说明一下。

• 首先，虽然在堆中分配了动态存储空间，但是ptr仍然是局部变量，所以应该放在stack中。
• Data Segment和BSS Segment中存储的变量主要区别就是是否初始化。
• 全局变量存储在全局数据区

Virtual Address & Physical Address

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由于本人操作系统学的不是很好，所以这里只能简单说一下实验可能会涉及到的知识。后续我会多了解这方面的内容放在博客上。

我们知道，物理地址(Physical Address)是unique的，基于你的物理存储器RAM。

如果一个process在使用一部分，另一个人在同一时间就不可以使用，否则会产生矛盾。

但当讨论process中的内存地址时，就会涉及到Virtual Address，虚拟地址。

每一个Process都有一个自己专属的Virtual Addrss,比如如图中V1、V2的空间大小均为0~4G，它们都可以存在这样一个地址0x5000。虚拟地址和物理地址之间存在一个映射机制，来把虚拟地址映射到物理地址中，这个过程由OS完成。

尽管他们使用了相同的虚拟地址，但是映射到了不同的物理地址。

具体的细节我会在后续学习中继续了解，并且整理到博客中。

这时就存在一个问题，如果V1中的一块虚拟地址在映射不能找到物理地址，这个就成为valid address，如果有指令想要从这里获取数据，程序可能会crash掉，必须能映射到物理地址才能访问这一块虚拟地址。