在linux中，每个进程都有一个4GB的虚拟地址空间，考虑到32位的体系结构。

Question

嗨，我是Linux内核开发的新手。因此，希望对下面的语句有一些清晰的说明。

在内存中，每个进程都有一个4GB的虚拟地址空间。

考虑32位架构。进程的用户空间部分可以访问较低的3GB虚拟地址，内核空间部分可以访问上1GB的虚拟地址。

1. 这是否意味着linux中的每个进程都分配了那么多内存空间( 1GB+3GB )？
2. 如果是的话，那么linux中就有数百个进程，那么100*4GB的空间来自系统获得这么多内存空间的地方吗？
3. 它与内核堆栈和用户堆栈有什么关系？
4. linux中的每个进程都有内核和用户堆栈吗？

Answer 1

简介

与大多数现代操作系统一样，Linux使用大多数现代体系结构(包括x86系列)提供的虚拟页面。

在具有虚拟内存的系统中，物理内存(实际RAM资源)是从系统上运行的进程中抽象出来的。地址空间就是内存可能存在的所有数字。

寻呼

内存可以映射到页面中(放置在一个地址)，这是一个内存块的体系结构依赖大小。因此，如果您想要将内存放在某个地址以便进程可以使用它，那么您必须选择一个页面对齐号(页面大小的倍数)，并在其中放置至少一个页面。

保护

虚拟内存还允许内存保护，这将设置进程将具有的权限。当一个进程的可执行内存被映射(它执行的指令用来做事情)时，它只被读取/执行。这意味着处理器可以执行该内存，您可以读取它，但不能写入它。

当一个进程从磁盘(在Linux中使用exec系统调用)加载时，它被放置在内存中，其中已经映射了几个内存区域。这些区域是程序、数据部分和堆栈中的可执行代码。该进程可以使用mmap或brk系统调用请求稍后映射的更多内存。

当一个进程试图访问它没有映射的内存时，它会触发臭名昭著的SEGFAULT错误，并且内核会杀死您的程序。其他情况下，硬件会出错，但是程序确实有内存映射，这是因为内核将其取消映射以保存到需要时为止。这里发生的是进程停止运行，内核映射内存，您的进程又开始运行，就像什么都没有发生一样。

地址空间

因此，地址空间的大小只是内存的上限，如果程序将可能的每个地址映射到实际的RAM内存中。

内核部分的一个gig地址空间是关于进程的元数据的，内核会跟踪这些数据。例如，它将保留打开文件的列表，并在进程头中映射内存。它还会将线程头保留在那里。同样，所有这些都不是映射出来的，而是它所需要的。

请注意，每个进程都有自己的地址空间，它从未看到其他进程在这些地址上映射了什么。这样，进程就可以像机器上唯一的进程一样，将内存映射到它选择的任何地址。

还要注意，4gb的数字是因为进行寻址的硬件只支持32位数字，32位数字中最大的数字是2^32 = 4,294,967,296。这是4GB。因此只能将4gb的地址映射到内存中。

这只是一个糟糕的介绍，请做一些谷歌上的虚拟内存。

Answer 2

这是否意味着linux中的每个进程都分配了那么多内存空间( 1GB+3GB )？

不是的。所有进程共享相同的内核空间。此外，这些都是最大的理论极限。它们可以进一步受到系统设置、进程设置和页面文件大小的限制。即使系统允许进程增长到最大的一面，进程通常从小进程开始，并且必须增长才能达到最大值。

如果是的话，那么linux中就有数百个进程，那么100*4GB的空间来自系统获得这么多内存空间的地方吗？

请参见上面的。如果允许，这种内存空间将位于页文件(分区)中的磁盘上。

它与内核堆栈和用户堆栈有什么关系？

它们是分开的堆叠。内核堆栈位于内核空间，用户堆栈位于用户空间。处理器在内核模式下执行时使用内核堆栈，在用户模式下使用用户堆栈。作为模式间硬件切换的一部分，开关是自动的。

linux中的每个进程都有内核和用户堆栈吗？

是。每个线程都有一个。内核栈往往很小。