进程地址空间

在研究程序中不同类型变量的内存分布时，我们通常会使用下面的图片：

在Linux 系统下运行下面的代码

#include 
#include 
#include 
int g_val = 0;
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id < 0) 
	{
		perror("fork");
		return 0;
	}
	else if (id == 0) 
	{ //child,子进程肯定先跑完，也就是子进程先修改，完成之后，父进程再读取
		g_val = 100;
		printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	else 
	{ //parent
		sleep(3);
		printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
	}
	sleep(1);
	return 0;
}

运行结果：

虽然同一变量，地址也相同，但里面存储的数据却不相同，从这个结果我们可以得到以下结论：

• 变量内容不一样, 所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
• 但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
• 在Linux地址下，这种地址叫做 虚拟地址
• 我们在用C / C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理 

那么，操作系统（OS）所起的作用就是将虚拟地址转化为物理地址！

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成 进程地址空间，那它到底是什么样的呢？

每一个进程运行之后，都会有一个自己的进程地址空间的存在，即都要在系统层面有自己的页表映射结构。这些进程地址空间与内存的关系不影响上层语言！子进程会自动继承父进程的页表，直接浅拷贝继承父进程的页表，当子进程或父进程要改变数据时，操作系统会在物理内存中进行写时拷贝，修改改变数据的进程的页表中虚拟地址对应的物理地址，虚拟地址不受改变！

地址空间也要被OS管理起来，每一个进程都要有地址空间和对应的页表，这些地址空间都是虚拟地址空间，系统中，一定要对地址空间做管理！那么如何管理呢？运用操作系统中经常使用的一个概念：先描述，再组织。地址空间最终是一个内核数据结构对象，里面有各种 begin，end 等来对这些地址空间来做管理。

因为进程都是被时间片轮转调度的，所以进程的页表通常都存在进程的上下文中，当调度此进程的时候，会将页表等地址空间信息存储在 CPU 的 CR3 寄存器中来进行使用。但这些页表，是存储在物理内存中的！

页表中还会有一些其他的字段信息，操作系统通过控制这些信息，可以更好的对数据从虚拟地址到物理地址的管理。如权限访问字段、内存是否被分配字段等 

那为什么要有地址空间呢？

1、一个进程在运行过程中，进程进行各种转换，各种访问，这个进程一定在运行，那么让进程以统一的视角看内存，所以任意一个进程，可以通过地址空间 + 页表的方式，将乱序的内存数据变成有序，分门别类的规划好。无序变有序！

2、存在虚拟地址空间，可以有效的进行进程访问内存的安全检查！

3、将进程管理和内存管理进行解耦！（通过页表，让进程映射到不同的物理内存中，从而实现进程的独立性）

当用户对某一批数据进行写入时，页表也许会因为权限问题而触发重新申请内存，而重新申请的内存拷贝方式就是写时拷贝！