一)概述

.堆棧是一個用戶空間的內存區域,進程使用堆棧作為臨時存儲。

.堆棧中存放的是函數中的局部變量,在函數的生命周期中可以將變量壓入堆棧,編譯器需要確保堆棧指針在函數退出前恢復到初始位置,也就是說,內存是自動分配和釋放的，C/C++把存儲在堆棧中的局部變量當作automatic存儲,并使用auto關鍵字,這是局部變量的默認存儲方式,所以現在沒有人用auto關鍵詞.

.與動態存儲(auto)相對映的靜態存儲(static),也就是用static定義的局部變量,它不用堆棧來存儲,而是使用數據段來存儲(也就是說它的生命周期在整個程序運行期間)。

.堆棧的基地址位于用戶空間的最高虛擬地址附近,并從那里向下延伸。

.一個進程開始時,堆棧的最大值就不能改變,如果占用的空間超過了堆棧大小,那么就會導致堆棧溢出。

二)進程的內存組織形式

進程被分為三個區域：文本、數據和堆棧。

1)文本區域:

文本區域也叫做代碼段，是由程序確定的，

它包括代碼(指令)和只讀數據，該區域通常被標記為只讀,任何對其寫入的操作會導致段錯誤.

2)數據區域(靜態內存分配(static)):

數據區域也叫做數據段，

它包括已初始化和未初始化的數據，靜態變量存儲在這個區域中,它的大小可以用系統調用brk(2)來改變。

詳細了解數據區域：

分成初始化為非零的數據區、BSS和堆(Heap)三個區域。

初始化非零數據區域一般存放靜態非零數據和全局的非零數據，屬于靜態內存分配(全局變量，static修飾的變量)；

BSS(Block Started by Symbol)區域(都初始化為0了)一般存放未初始化的全局數據(默認值為0)和未初始化的靜態數據(默認值為0)，屬于靜態內存分配(全局變量、static修飾的變量)；

堆區域一般存放運行時動態分配的內存空間，其大小不固定，可動態擴張或縮減。當調用malloc等函數分配內存時，新分配的內存被動態添加到堆上；當調用free等函數釋放內存時，被釋放內存從堆中被剔除。

代碼段和數據段之間有明確的分隔，

但是數據段和堆棧段之間沒有，而且棧是向下增長，堆是向上增長的，因此理論上堆和棧會“增長到一起”，操作系統的內存管理功能需要防止這樣的錯誤發生。

3)堆棧區域(動態內存分配auto，默認，所以不用關鍵字auto):

堆棧區域也叫堆棧段，

它用于給局部變量動態分配空間,同樣函數傳遞參數和函數返回值也要用到堆棧.

堆棧也可向下增長(向內存低地址)也可以向上增長,這依賴于具體的實現,

通常都是向下增長的,而SP(堆棧指針)也是指向堆棧的最后地址.

4)內存的分配區域:

根據前面所述,堆棧是位于最高虛擬地址附近,而數據段則位于堆棧段之后,最后是代碼段。

也就是:

低地址 代碼段 或 高地址 堆棧段

數據段 數據段

高地址 堆棧段 低地址 代碼段

三)堆棧著色

當兩個線程或進程使用相同的堆棧虛擬地址時，它們會爭奪同一個cache行,導致競爭和降級行為.

堆棧著色的技術使每一個進程的基址都不相同,通過隨機分配堆棧基址,多個進程會使用不同的cache行來避免.

四)堆棧的限制

堆棧空間的最大值是由setrlimit系統調用確定的，也可以通過bash內建的ulimit命令來設定和查看.

例如:

查看當前可使用的最大堆棧(以KB為單位)

ulimit -s

8192?//棧的大小默認是8M

設定為最大的使用堆棧為15KB

ulimit -s 15

此時執行ls將會得到一個段錯誤.

ls -l /etc/

total 1040

Segmentation fault

通過用strace跟蹤ls命令,將發現有如下的系統調用

getrlimit(RLIMIT_STACK, {rlim_cur=15*1024, rlim_max=15*1024}) = 0

說明當前可用的堆棧空間,已經不足以運行strace命令了.

五)常駐內存和鎖定內存

常駐內存專指存儲在RAM中的內存部分,不包括存儲在交換區和未存儲的進程的內存.

鎖定內存是常駐內存的子集,它指被進程明確地鎖定到RAM的虛擬內存中,不能用于交換,并一直常駐于RAM中.

總結

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