Макет программной памяти в Linux

Я немного запутался в том, как программа выглядит в памяти, мои профессора сказали мне, что стек и куча растут навстречу друг другу, когда стек находится по более низкому адресу памяти.

Первое, что беспокоило меня с этим изображением, это то, что если куча выросла с высокой до низкой, то если я выделил массив в куче, разве указатель на второй элемент не должен быть меньше по значению int, чем указатель на первый элемент? что бы сбить с толку

Я провел небольшое исследование и наткнулся на эту цифру (обратите внимание, мой вопрос сосредоточен на Linux)

_{(источник: cyberplusindia.com)}

Итак, данные и неинициализированные данные идут после сегмента текста и находятся в начале памяти программы, затем в куче, затем в стеке и, наконец, в аргументах командной строки и среде.

Но если размер стека возрастает от высоких адресов к низким, то как получится, если у меня в стеке будет выделен массив, указатель на первый элемент также будет иметь более низкое значение, чем указатель на второй элемент? не значит ли это, что стек тоже будет расти от низкого до высокого?

Итак, мой вопрос: какова правильная схема памяти для процесса в Linux? А также откуда берется память для разделяемой библиотеки (в адресном пространстве процесса)

Простой код с примерами указателей:

#include <iostream>


int data[5];

int main()
{
  using std::cout;
  using std::endl;
  int stack = 0;
  short *sptr = reinterpret_cast<short *> ( &stack );
  int *iptr = new int[5];
  cout << "Starting static tests"
       << "\nPointer to first element " << data
       << "\nPointer to second element " << &data[1]
       << "\nstarting stack test " <<  sptr
       << "\nsecond short " << &sptr[1]
       << "\nStarting heap test " << iptr
       << "\nsecond int " << &iptr[1];
  delete[] iptr;
  return 0;
}

Вывод:

Starting static tests
Pointer to first element 0x6013e0
Pointer to second element 0x6013e4
starting stack test 0x7fffdf864dbc
second short 0x7fffdf864dbe
Starting heap test 0x1829010
second int 0x1829014

Ответ 1

Если у меня есть массив, выделенный в стеке, указатель на первый элемент также будет ниже > по значению, чем указатель на второй элемент?

Не важно, "как" вы выделяете массив, вы можете увеличить или уменьшить указатель стека, но в результате у вас есть адресное пространство, зарезервированное для массива.

Вы можете работать с ними обычным способом, так как самый нижний адрес зарезервирован для элемента 0.

так что мой вопрос в том, каков правильный формат памяти для процесса в Linux?

Вы можете проверить это самостоятельно. Вставьте где-нибудь в программу что-то например std::cin.get() для приостановки вашей программы.

Затем запустите в отдельной оболочке:

ps aux | grep your_program_name
cat /proc/<pid show by grep>/maps

Это печатает сопоставления памяти вашего процесса, где вы можете увидеть, где куча, стек и другие вещи помещаются в память.

О стеке: допустим, что у вас есть обычная машина с процессором Linux и Intel или AMD 64 бит. Затем напишите следующий код:

extern void f(int);

void g(int param)
{
    f(param);
}

скомпилировать его и разобрать:

g++ -ggdb -c test_my_stack.cc  && objdump -S test_my_stack.o

вы можете видеть (удалены неважные детали):

 void g(int param)
 {
 0:   55                      push   %rbp
 1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
 4:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
 8:   89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
    f(param);
 b:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax

как вы можете видеть в sub $0x10,%rsp, мы зарезервировали место в стеке, уменьшив (перемещая вниз) указатель стека.

Ответ 2

Первое, что беспокоило меня с этим изображением, это то, что если куча выросла с высокой на низкую, то, если бы я выделил массив в куче, не должен быть указателем на второй элемент меньше по значению int, чем указатель на первый элемент? который будет путать

Совсем нет. Предположим, вы выделили массив из 10 байтов из пула памяти, который растет от максимума до минимума. Все распределители должны были бы сделать, это уменьшить "нижнюю" часть пула памяти на 10, а затем использовать это значение в качестве начала выделенного массива. Затем массив закончится со старого "дна". Арифметика указателей будет работать так, как ожидалось, но вы будете "расти" по отношению к низкому адресу.