【Linux】进程的地址空间

一、看现象


  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 
  4 int g_val = 100;
  5 int main()
  6 {
  7   printf("father process is running!pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid(    ));
  8   sleep(1);
  9 
 10   int id = fork();
 11   if(id == 0)
 12   {
 13     int cnt = 0;
 14     while(1)
 15     {
 16       printf("This is child process.pid: %d,ppid: %d,g_val: %d,&g_val: %p    \n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);
 17       sleep(1);
 18       cnt++;
 19       if(cnt == 5)
 20       {                                                                  
 21         g_val = 200;
 22         printf("This is child process.chang %d -> %d\n",100,200);
 23       }
 24     }
 25   }
26   else 
 27   {
 28     while(1)
 29     {
 30       printf("This is father process.pid: %d,ppid: %d,g_val: %d,&g_val: %    p\n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);
 31       sleep(1);
 32     }
 33  }
 34 }

运行以上代码，结果如下

可以看出，起初子进程和父进程都认为g_val值为100，且g_val地址相同，但当一段时间后子进程修改g_val的值后，子进程检测到的g_val值确实是修改后的值，但是父进程检测到的g_val确实修改前的值。这种现象体现出父子进程对数据的处理，我们知道父子进程是具有独立性的。

进程=内核数据结构（task_struct）+代码和数据，所以每个进程都应该有自己独立的内核数据结构和代码与数据。我们知道代码是只读的，子进程会继承父进程的数据，但是数据应该是可以修改的，那子进程修改数据不应该影响父进程的数据，所以子进程和父进程的g_val不能是同一个变量。可是为什么&g_val是相同的呢？说明这个地址绝对不是物理地址，我们称其为虚拟地址！！

二、快速理解

在32位平台下，程序的地址空间大小为1G

每个进程都要有自己独立的地址空间及页表，操作系统如何管理地址空间呢？实际上地址空间的本质就是内核中的一个结构体对象，父进程创建子进程时子进程的地址空间会继承父进程地址空间的内容，其中包含了虚拟地址，所以父子进程的虚拟地址是相同的。当发生写入操作时，操作系统会在内存中开辟一块空间并修改子进程中页表的内容，再将修改的值写入该空间，即发生写时拷贝。

为什么会有上述情况发生？因为进程具有独立性，多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。

如果父子进程不执行写操作，未来一个全局变量，默认是被父子共享的，代码也是共享的（只读的）。要修改的时候还要等待执行浅拷贝的时间，那么我们能不能把数据在创建子进程的时候，直接全部给子进程拷贝一份呢？这种行为是不建议的，因为进程内的数据量很大，并且也不是所有的数据都需要修改，更加浪费空间与时间。所以我们在有写操作时再申请空间更加高效，通过调整拷贝的时间顺序，从而达到有效节省空间的目的。