10 张图 22 段代码，万字长文带你搞懂虚拟内存模型和 malloc 内部原理
时间：2021-11-15 14:13:51
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[导读]通过/proc文件系统探究虚拟内存我们会通过/proc文件系统找到正在运行的进程的字符串所在的虚拟内存地址，并通过更改此内存地址的内容来更改字符串内容，使你更深入了解虚拟内存这个概念！这之前先介绍下虚拟内存的定义！虚拟内存虚拟内存是一种实现在计算机软硬件之间的内存管理技术，它将程...
通过/proc文件系统探究虚拟内存
我们会通过/proc文件系统找到正在运行的进程的字符串所在的虚拟内存地址，并通过更改此内存地址的内容来更改字符串内容，使你更深入了解虚拟内存这个概念！这之前先介绍下虚拟内存的定义！虚拟内存
虚拟内存是一种实现在计算机软硬件之间的内存管理技术，它将程序使用到的内存地址(虚拟地址)映射到计算机内存中的物理地址，虚拟内存使得应用程序从繁琐的管理内存空间任务中解放出来，提高了内存隔离带来的安全性，虚拟内存地址通常是连续的地址空间，由操作系统的内存管理模块控制，在触发缺页中断时利用分页技术将实际的物理内存分配给虚拟内存，而且64位机器虚拟内存的空间大小远超出实际物理内存的大小，使得进程可以使用比物理内存大小更多的内存空间。
在深入研究虚拟内存前，有几个关键点：
- 每个进程都有它自己的虚拟内存
- 虚拟内存的大小取决于系统的体系结构
- 不同操作管理有着不同的管理虚拟内存的方式，但大多数操作系统的虚拟内存结构如下图：
首先通过一个简单的C程序探究虚拟内存。
#include
#include
#include
/**
* main - 使用strdup创建一个字符串的拷贝，strdup内部会使用malloc分配空间，
* 返回新空间的地址，这段地址空间需要外部自行使用free释放
*
* Return: EXIT_FAILURE if malloc failed. Otherwise EXIT_SUCCESS
*/
int main(void)
{
char *s;
s = strdup("test_memory");
if (s == NULL)
{
fprintf(stderr, "Can't allocate mem with malloc\n");
return (EXIT_FAILURE);
}
printf("%p\n", (void *)s);
return (EXIT_SUCCESS);
}
编译运行：gcc -Wall -Wextra -pedantic -Werror main.c -o test; ./test
输出：0x88f010
我的机器是64位机器，进程的虚拟内存高地址为0xffffffffffffffff， 低地址为0x0，而0x88f010远小于0xffffffffffffffff，因此大概可以推断出被复制的字符串的地址(堆地址)是在内存低地址附近，具体可以通过/proc文件系统验证.ls /proc目录可以看到好多文件，这里主要关注/proc/[pid]/mem和/proc/[pid]/maps
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