程序进程是不能直接访问物理内存的，系统通过虚拟内存方式管理进程内存。
进程地址空间
图片来源 《深入理解计算机系统》8.2.3 私有地址空间
工作流程
高级语言 -> 编译器 -> 低级语言指令 -> 内核系统 <---> 硬件。
程序工作流程
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测试
系统
发现 MacOS 和 Centos 的 gcc 编译出来的 elf 文件变量布局有点不一样。现在在 Centos 系统下进行测试。
CentOS Linux release 7.4.1708 (Core)
源码
// 测试静态变量
void test_static();
// 测试全局变量
void test_global();
// 测试堆栈
void test_stack();
// 测试堆
void test_heap();
// 测试函数源码
void test_code();
// 从低地址到高地址打印地址对应的变量
void print_sort_ret();
...
int main() {
test_code();
test_static();
test_global();
test_stack();
test_heap();
print_sort_ret();
return 0;
}
# g++ -g address.cpp -o address
# file address
address: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs)
# ./address
stack_int_not_init : 0x7ffc7e778a8c
stack_int_0 : 0x7ffc7e778a88
stack_int_1 : 0x7ffc7e778a84
stack_int_2 : 0x7ffc7e778a80
stack_int_3 : 0x7ffc7e778a7c
heap3 : 0x222a670
heap2 : 0x222a260
heap1 : 0x2229e50
static_stack_int_0 : 0x6061c0
static_stack_int_not_init : 0x6061bc
global_static_int_0 : 0x6061b8
global_static_int_not_init : 0x6061b4
global_int_0 : 0x606164
global_int_not_init : 0x606160
static_stack_int_4 : 0x606134
static_stack_int_3 : 0x606130
static_stack_int_2 : 0x60612c
static_stack_int_1 : 0x606128
global_static_int_2 : 0x606110
global_static_int_1 : 0x60610c
global_int_3 : 0x606108
global_int_2 : 0x606104
global_int_1 : 0x606100
global_const_string_2 : 0x403cb8
global_const_string_1 : 0x403cb0
main : 0x402d0b
print_sort_ret : 0x402c5f
test_stack : 0x40279b
test_heap : 0x4024a0
test_static : 0x401b89
test_global : 0x40143d
test_code : 0x400ded
global_pointer_not_init : (nil)
- 测试源码变量内存分布情况（上面是高地址，下面是低地址）：
| 虚拟内存分布 | 变量 |
|---|---|
| stack | stack_int_not_init |
| stack | stack_int_init_0 |
| stack | stack_int_1 |
| stack | stack_int_2 |
| stack | stack_int_3 |
| heap | heap3 |
| heap | heap2 |
| heap | heap1 |
| .bss | global_static_int_0 |
| .bss | global_static_int_not_init |
| .bss | static_stack_int_0 |
| .bss | static_stack_int_not_init |
| .bss | global_int_init_0 |
| .bss | global_int_not_init |
| .data | global_pointer_not_init |
| .data | global_static_int_2 |
| .data | global_static_int_1 |
| .data | static_stack_int_4 |
| .data | static_stack_int_3 |
| .data | static_stack_int_2 |
| .data | static_stack_int_1 |
| .data | global_int_3 |
| .data | global_int_2 |
| .data | global_int_1 |
| .rodata | global_const_string_2 |
| .rodata | global_const_string_1 |
| .text | print_sort_ret |
| .text | test_heap |
| .text | test_stack |
| .text | test_global |
| .text | test_static |
| .text | main |
| .text | test_code |
- 变量内存分布特点：
- 内存从低地址到高地址分配情况：
.text，.rodata，.data，.bss，heap，stack。 - 全局数据初始化的放在
.data区，没有初始化的放在.bss。 - 栈空间是高地址向低地址分配的。
- 堆空间是从低地址到高地址分配的。
- 数据分区
| 区域 | ELF 格式头 |
|---|---|
| 堆栈区 | stack |
| 堆区 | heap |
| 全局数据区 |
.data，.bss
|
| 文字常量区 | .rodata |
| 程序代码区 | .text |
elf 格式头
.text， .data，bss，.rodata 数据区是程序运行前，编译器分配好的，并不是程序载入内存后进行分配的，可以通过 objdump 工具查询。
ELF 可重定位目标文件的格式头：
| 头 | 描述 |
|---|---|
| .bss | 未初始化段全局和静态变量。 |
| .rodata | 只读数据，常量等。 |
| .data | 已初始化段全局和静态变量。 |
| .text | 已编译程序段机器代码。 |
《深入理解计算机系统》7.4 可重定位目标文件
objdump 工具
- 通过 objdump 工具查询程序部分变量在 elf 文件中分配在虚拟内存哪个区。
# objdump -j .rodata -S address
address: file format elf64-x86-64
Disassembly of section .rodata:
0000000000403ca0 <_IO_stdin_used>:
403ca0: 01 00 02 00 00 00 00 00 ........
0000000000403ca8 <__dso_handle>:
...
403cb0: 68 65 6c 6c 6f 5f 31 00 68 65 6c 6c 6f 5f 32 00 hello_1.hello_2.
403cc0: 63 6f 64 65 20 6c 6f 63 61 74 69 6f 6e 3a 0a 2d code location:.-
403cd0: 2d 2d 2d 0a 6d 61 69 6e 20 20 20 20 20 20 20 20 ---.main
403ce0: 3a 20 25 70 0a 74 65 73 74 5f 73 74 61 74 69 63 : %p.test_static
403cf0: 20 3a 20 25 70 0a 74 65 73 74 5f 67 6c 6f 62 61 : %p.test_globa
403d00: 6c 20 3a 20 25 70 0a 74 65 73 74 5f 73 74 61 63 l : %p.test_stac
403d10: 6b 20 20 3a 20 25 70 0a 74 65 73 74 5f 68 65 61 k : %p.test_hea
403d20: 70 20 20 20 3a 20 25 70 0a 74 65 73 74 5f 63 6f p : %p.test_co
403d30: 64 65 20 20 20 3a 20 25 70 0a 70 72 69 6e 74 5f de : %p.print_
403d40: 73 6f 72 74 5f 72 65 74 20 20 20 3a 20 25 70 0a sort_ret : %p.
可见常量字符串 "hello" 和 printf(...) 里面的字符串都是保存在 .rodata 这个区。
# objdump -x address | grep '\.bss'
0000000000606140 l d .bss 0000000000000000 .bss
0000000000606140 l O .bss 0000000000000001 completed.6354
00000000006061b0 l O .bss 0000000000000001 _ZStL8__ioinit
00000000006061b4 l O .bss 0000000000000004 _ZL26global_static_int_not_init
00000000006061b8 l O .bss 0000000000000004 _ZL19global_static_int_0
00000000006061c0 l O .bss 0000000000000004 _ZZ11test_staticvE18static_stack_int_0
00000000006061bc l O .bss 0000000000000004 _ZZ11test_staticvE25static_stack_int_not_init
0000000000606168 g O .bss 0000000000000008 global_pointer_not_init
0000000000606130 g .bss 0000000000000000 __bss_start
0000000000606160 g O .bss 0000000000000004 global_int_not_init
00000000006061c8 g .bss 0000000000000000 _end
0000000000606180 g O .bss 0000000000000030 g_map
0000000000606164 g O .bss 0000000000000004 global_int_0
- 工具使用参数
# objdump --help
Usage: objdump <option(s)> <file(s)>
Display information from object <file(s)>.
At least one of the following switches must be given:
-a, --archive-headers Display archive header information
-f, --file-headers Display the contents of the overall file header
-p, --private-headers Display object format specific file header contents
-P, --private=OPT,OPT... Display object format specific contents
-h, --[section-]headers Display the contents of the section headers
-x, --all-headers Display the contents of all headers
-d, --disassemble Display assembler contents of executable sections
-D, --disassemble-all Display assembler contents of all sections
-S, --source Intermix source code with disassembly
-s, --full-contents Display the full contents of all sections requested
-g, --debugging Display debug information in object file
-e, --debugging-tags Display debug information using ctags style
-G, --stabs Display (in raw form) any STABS info in the file
-W[lLiaprmfFsoRt] or
--dwarf[=rawline,=decodedline,=info,=abbrev,=pubnames,=aranges,=macro,=frames,
=frames-interp,=str,=loc,=Ranges,=pubtypes,
=gdb_index,=trace_info,=trace_abbrev,=trace_aranges,
=addr,=cu_index]
Display DWARF info in the file
-t, --syms Display the contents of the symbol table(s)
-T, --dynamic-syms Display the contents of the dynamic symbol table
-r, --reloc Display the relocation entries in the file
-R, --dynamic-reloc Display the dynamic relocation entries in the file
@<file> Read options from <file>
-v, --version Display this program's version number
-i, --info List object formats and architectures supported
-H, --help Display this information
The following switches are optional:
-b, --target=BFDNAME Specify the target object format as BFDNAME
-m, --architecture=MACHINE Specify the target architecture as MACHINE
-j, --section=NAME Only display information for section NAME
-M, --disassembler-options=OPT Pass text OPT on to the disassembler
...
参考
- 进程内存分配
- 《深入理解计算机系统》
- 《程序员的自我修养》
更精彩内容，请关注我的博客：https://wenfh2020.com
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