程序内存布局

C/C++程序为编译后的二进制文件，运行时载入内存，运行时内存分布由代码段、初始化数据段、未初始化数据段、堆和栈构成，如果程序使用了内存映射文件（比如共享库、共享文件），那么包含映射段。Linux环境程序典型的内存布局如图1-5所示。

代码段（Text Segment）用户存放CPU执行的机器指令，未防止指令并其它程序修改，代码段一般只读不可更改。比如，源码中的字符串常量存储于代码段，不可修改。

初始化数据段（Data Segment）又称为数据段，用于存储初始化的全局变量和Static变量，段大小在编译时确定，所以内存的分配属于静态内存分配。

未初始化数据段（BSS Segment，Block Started by Symbol），又称为BSS段，通常用来存放程序中未初始化的全局变量和Static，虽未显示初始化，但在程序载入内存执行时，由内核清0，所以未显示初始化则默认为0。BSS段的大小也是在编译时确定，运行时内存的分配属于静态内存分配。

堆（Heap），用于保存程序运行时动态申请的内存空间，由开发人员手动申请，手动释放，若不手动释放，程序结束后由系统回收，生命周期是整个程序运行期间，比如使用malloc()或new申请的内存空间。堆的地址空间“向上增加”，即当堆上保存的数据越多，堆的地址就越高。堆的内存分配属于动态分配，一般运行时才知道分配的内存大小，并且堆可分配存活于函数之外的内存，在未显示调用free()或delete释放时，其生命周期为进程的生命周期。

映射段（Memory Mapping Segment）,该区域内核将文件内容直接映射到内存。任何应用程序都可以请求该区域。Linux中通过mmap()系统调用，Windows中通过creatFileMapping()/MapViewOfFile()创建。文件I/O时内存映射方便并且高效，所以，它常用来加载动态库，还可以创建一种匿名映射，并不对应于文件，而用于程序数据。在Linux中，如果使用malloc()申请一块过大的内存，C库函数便会创建这种内存映射段，而不是使用堆内存。“过大”的内存指超过M_MMAP_THRESHOLD字节，默认128KB，可以通过mallopt()函数调整。映射段也属于动态分配。

栈（Stack），用于保存函数的局部变量（但不包括static声明的静态变量，静态变量存放在数据段或BSS段）、参数、返回值、函数返回地址以及调用者环境信息（比如寄存器值）等信息，由系统进行内存的管理，在函数完成执行后，系统自行释放栈区内存，不需要用户管理。整个程序的栈区的大小可以由用户自行设定，Windows默认的栈区大小为1M，可通过Visual Studio更改编译参数手动更改栈的大小。64bits的Linux默认栈大小为10MB，可通过命令ulimit -s临时修改。栈是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构，这意味着最后入栈的数据，将会是第一个出栈的数据。对于那些暂时存贮无需长期保存的信息来说，LIFO这种数据结构非常理想。在调用函数后，系统通常会清除栈上保存的信息。栈另外一个重要的特征是，它的地址空间“向下减少”，即当栈上保存的数据越多，栈的地址就越低。

内核空间（Kernel Space）， 用于存储操作系统和驱动程序，用户空间用于存储用户的应用程序，二者不能简单地使用指针传递数据。当一个进程执行系统调用而陷入内核空间执行内核代码时，我们称进程处于内核运行态（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态），即此时处理器在执行最低特权级（3级）用户代码中。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时，此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。

内存段的特点和区别如下。

关于内核空间，其中包含内核栈和内核的数据段，所以内存地址生长方向既有由低到高（内核数据段），也有由高到低（内核栈）。关于读写的特点，由内核进行读写，用户程序不可直接访问。

以下面的C++代码为例，看一下常见变量所属的内存段。

#include <string.h>

int a = 0;                      // a在数据段，0为文字常量，在代码段
char *p1;                       // BSS段，系统默认初始化为NULL
void main()
{
    int b;                      //栈
    char *p2 = "123456";        //123456在代码段，p2在栈上
    static int c =0;            //c在数据段
    const int d=0;          //栈
    static const int d;     //数据段
    p1 = (char*)malloc(10); //分配得的10字节在堆
    strcpy(p1,"123456");        //123456放在字符串常量区，编译器可能会将它与p2所指向的"123456"优化成一个地方
}

以上所有代码，编译成二进制机器指令存放于代码段，不可修改。

参考文献

[1]linux内核空间和用户空间详解 [2]程序或-内存区域分配（五个段）–终于搞明白了 [3]进程内存分布剖析 [4]深入理解计算机系统.虚拟内存