实例说明代码段(.text)、数据段(.data)、bss段、只读数据段(.rodata)、堆栈的划分依据

程序实例介绍各个段内容、分析段(segment)分布

先举个小例子说明，让大家有个表面的印象。

下面的程序定义了一些不同类型的变量，主要包括初始化的全局变量(globle_var1 )和静态全局变量(globle_static_var1 )、未初始化的全局变量(globle_var2)和静态全局变量(globle_static_var2)、常量(globle_const_var 、const_var )和局部变量(var1 、var2)。并通过函数func进行打印输出求和结果，非常简单的一个程序。

//hello.c
#include

int globle_var1 = 10;
int globle_var2;
static int globle_static_var1 = 20;
static int globle_static_var2;
const int globle_const_var = 30; 

void func(int i)
{
	printf("%d\n",i);
}

int main()
{
	static int static_var1 = 70;
	static int static_var2;
	const int const_var = 40;
	int var1 = 30;
	int var2;
	var2 = globle_var1+globle_static_var1+globle_const_var+static_var1+const_var+var1;
	func(var2);
	return 0;
}

在 目标文件中的内容至少包括编译后的机器指令代码、数据，还包括了链接时所需要的的一些信息，比如符号表、调试信息、字符串等。目标文件将这些信息按不同的属性以“ 段 ”(segment)的形式存储。以下就是一些常见的段。

并且还根据一个简单程序说明编译后的目标文件的结构。主要分析表格中常见的段信息，其实还有其他段例如注释信息段( .comment )，但这不是我们关注的重点。

下面的图是一个目标文件的结构分析，主要分析代码和数据存放在那些段中，图中没有给出堆栈段信息，因为堆栈需要在程序被装载准备运行才会分配，因此在目标文件这个阶段还没有分配栈段的内存。并且堆栈相信大家非常熟悉，栈就是存放函数局部变量，malloc()内存分配就是从堆分配的。

分析代码段(.text)、数据段(.data)、bss段、只读数据段(.rodata)划分依据

以前学习的时候我也只背住各个段分别存放什么内容，根本不知道为什么需要进行不同段的划分。下面分析一下划分的依据，以及这样划分有什么好处。

首先，可以先区分代码段和数据段。程序源代码编译后的机器指令就会放在代码段里；然后这里的数据段包括" .data “、” .bss “、” .rodata "，将程序中定义的全局变量和局部变量都称先称为数据段。

为什么把程序的“ 代码段 ”和“ 数据段 ”分开存放？

1. 当程序被装载后，数据和指令分别被映射到两个虚拟内存区域。数据段对进程来讲是可读写的，而代码段对进程来说是只读的，所以这两个虚拟内存区域的权限可以被分别设置为可读写和只读，防止程序的指令被有意和无意地改写。
2. 现代CPU的缓存一般被设计成数据缓存和指令缓存分离，程序的指令和数据被分开存放对CPU的缓存命中率提高有好处。
3. 当系统中运行着多个该程序的副本时，例如多个线程同时都运行同一个程序，它们的代码段指令都是一样的，所以内存中只需要保存一份该程序的代码段，然后将每个副本进程的数据段区域分来，这样可以节省大量空间。

为什么数据段还需要分" .data “、” .bss “、” .rodata "这么麻烦？有什么区别？
主要根据两个维度进行区分，是否占内存空间、读写权限。

以初始化的全局变量和局部静态变量都保存在" .data “段。未初始化的全局变量和局部静态变量一般都放在” .bss "段，因为未初始化的变量默认值为0，本来它们也可以放在.data段，但是因为它们都是0，所以为它们在.data段分配空间并且存放数据0是没有必要的。

" .data"段和" .bss “段都是可读写的数据段，而” .rodata “存放的是只读数据，主要是一些const变量和字符串常量。单独设立” .radata “段的好处是，在程序加载的时候可以将” .rodata “段的属性映射成只读，这样对这个段的任何修改操作都作为非法操作处理。另外在某些平台还可以将” .rodata "段存放在只读存储器，例如ROM，通过硬件保证只读。

所以如果通过命令objdump查看各个段的大小发现，.data段大小为12字节，正好是变量globle_var1、globle_static_var1、static_var1的大小。但是.bss段的大小为8个字节，并不是变量globle_var2、globle_static_var2、static_var2变量的大小，可以看出.bss并没有为变量分配内存。

zhouyuanlin@zhouyuanlin-virtual-machine:/mnt/hgfs/share$ ls
a.out  hello.c  hello.o
zhouyuanlin@zhouyuanlin-virtual-machine:/mnt/hgfs/share$ objdump -x -s -d hello.o

hello.o：     文件格式 elf64-x86-64
hello.o
体系结构：i386:x86-64， 标志 0x00000011：
HAS_RELOC, HAS_SYMS
起始地址 0x0000000000000000

节：
Idx Name          Size      VMA               LMA               File off  Algn
  0 .text         00000073  0000000000000000  0000000000000000  00000040  2**0
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
  1 .data         0000000c  0000000000000000  0000000000000000  000000b4  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          00000008  0000000000000000  0000000000000000  000000c0  2**2
                  ALLOC
  3 .rodata       00000008  0000000000000000  0000000000000000  000000c0  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  4 .comment      00000036  0000000000000000  0000000000000000  000000c8  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  5 .note.GNU-stack 00000000  0000000000000000  0000000000000000  000000fe  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  6 .eh_frame     00000058  0000000000000000  0000000000000000  00000100  2**3

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参考文献
[1] 俞甲子，石凡，潘爱民.程序员的自我修养——链接、装载与库[M].北京：电子工业出版社，2009.4