代码段和数据段背后的原理

Question

将内存划分为代码段和数据段的基本原理是什么？我读到了一个来源，由于von-neumann架构指令和数据存储在同一位置，因此完成了这种分离。

但我想知道，由于指令和数据存储在同一位置，有必要将代码段和数据段分开，可能会导致什么问题？

为什么进一步深入到bss段、堆段和堆栈段？

Answer 1

将程序分成代码部分和数据部分的最大好处之一是，它允许代码部分成为只读的，而数据部分可以保持可写。这可以防止程序意外地修改代码段，还允许在运行同一程序的进程之间共享代码段。

最近，只允许在代码段中执行代码的能力变得很重要。这是因为许多漏洞攻击都依赖于能够在代码段之外执行代码。分离代码和数据的另一个最近的好处是，如果代码和数据混合在一起，乱序的CPU最终可能会投机性地执行数据，从而导致较差的性能。

bss节作为数据节的扩展而存在。它包含所有初始化为零的程序数据。通过像这样分离零初始化数据，它允许bss部分实际上不被存储在程序的可执行文件中。两者都节省了磁盘空间并加快了加载速度。内存中的bss部分只是用零填充，而不是将其读取到内存中。

堆和堆栈的相似之处在于，它们都用于在程序运行时动态分配对象。这两者之间的区别是，堆上分配的对象可以随时释放，而放在堆栈上的任何东西只有在被移除后才能被移除。每次调用函数时，堆栈上的空间都会被分配给函数的参数、返回地址和局部变量。当函数返回时，这些内容将从堆栈中删除。几乎所有其他动态分配的东西都是在堆上分配的。

传统上，在Unix系统中，堆位于内存中bss部分之后，bss部分出现在代码和数据部分之后。当堆上的内容被分配时，它会向上增长，以便根据需要为它们腾出空间。堆栈被放在内存的末尾，并向下增长。