关于 Linux 程序内存布局模式的问题
smw*_*dia 1 linux memory-management linux-kernel
下图引自《从头开始编程》一书。
为什么程序内存区域被限制在
0xbfffffff和之间0x8048000？这个选择背后的理由是什么？这个区域之外是什么？这张图说明的应该是一个 32 位的程序。64 位程序的内存布局是什么？
图片中提到了“启动时”，那么在运行过程中布局会发生变化吗？
最后但并非最不重要的一点是，Linux 内核是否也遵循这种布局？
32 位 x86 上的 Linux 传统上具有 3G/1G 用户/内核拆分。
用户空间内存始终映射在 0x00000000-0xBFFFFFFF 范围内（即，在 32 位模式下可以直接寻址的 4GB 中的较低 3GB）。在进程之间切换时，整个空间都会重新映射。
内核内存始终映射在 0xC0000000-0xFFFFFFFF 范围内（上 1GB）。它在用户空间的特权级别是不可访问的，但是当上下文切换到内核时，它可以访问其所有内存而无需重新映射任何内容。
我有一个较旧的答案，其中更详细地介绍了这一点。
在 x86 上，堆栈向下增长（从高地址开始并向低地址移动）。这是相当多的CPU设计（任意决定，这是什么
push/pop/call/ret指令做%esp）。Linux 在范围的顶部启动它。相比之下，节目数据默认映射到低端。从历史上看，内核映射在 下方
0x08000000，因此可供用户空间使用的最低地址高于该地址。这不再是真的，但它解释了原始0x08040000加载地址。中间的空间用于堆。"Break" 标记通过调用
brk()or向上/向下移动sbrk()；它下面的内存可供程序使用。从历史上看，C 运行时将程序拆分以满足malloc.在当前的 64 位 x86 CPU 上，只有地址 0x0000000000000000-0x00007FFFFFFFFFFF 和 0xFFFF800000000000-0xFFFFFFFFFFFFFFFF 是规范的。64 位指针，但“只有”48 位的可用地址空间。（这是 256TB，所以在我们达到该限制之前还需要一段时间。）如果您尝试访问任何非规范地址 (0x0000800000000000-0xFFFF7FFFFFFFFFFFF)，硬件将触发故障。Linux 在下半部分映射用户空间，在上半部分映射内核。
堆栈仍然向下增长，因此 Linux 仍然从顶部开始，固定映射从底部开始，堆在它们上方增长。
是的。除了程序break随着堆的增长和收缩而上下移动，程序还可以使用
mmap/munmap将各种东西映射/取消映射到它的地址空间，比如文件、共享内存、匿名内存等。 事实上，C这些天的运行时除了或代替操纵程序中断之外，还以块的形式映射匿名内存。内核本身位于 32 位 x86 上的上层 1G 和 64 位 x86 上的上层 128TB。它的布局对于用户空间来说大多不重要（并且不可见），但包括诸如每个内核线程的堆栈和每个用户线程的内核端、页表、缓存、DMA 缓冲区等内容。
其他注意事项：
所有这些都是关于虚拟地址，而不是物理地址。
用户空间可访问的最低地址不一定是 0。C 程序期望NULL是一个坏地址（如果它实际上有效，则可能导致漏洞利用），并且内核/proc/sys/vm/mmap_min_addr现在强制执行默认为 64k。
现在的 Linux（现在已经有十多年了）映射了VDSO一个极高的地址，因此堆栈开始于该地址之下。曾几何时，vsyscall 页面也在那里，但现在它位于内核空间的页面中。
由于ASLR ，所有地址都可能被打乱。这在 32 位地址空间上不是很有效（由于页面对齐，您不能随机化低 12 位，可能更多是由于其他限制），但在 64 位模式下有很多位。