整体布局

参考：https://blog.csdn.net/faxiang1230/article/details/106242380 (opens new window)

• 白色区域表示gap，为了防止无意间的访问越界，对该区域的任何读写操作都会触发MMU异常进而收到SIGSEGV信号。

• 地址空间底部依次是text,data,bss段,程序编译链接的时候就已经确定他们的size,可能加载的时候进行了地址随机化，但是相对地址是固定的.

• heap段也就是堆区域，平时我们经常把堆和栈混为一谈，其实他们是分开的，在bss段上方有一个随机的gap区域，之后就是heap的基地址，随着程序的运行他动态向上增长.

• mapping区域在在堆和栈中间，它是用来加载依赖动态库的，最顶部的动态库地址和栈基地址有一个间隔，为栈动态增长预留的 用户空间最上方是栈区域，栈的基地址是内核空间之下的地址，可能会有随机的偏移，随着函数的调用嵌套是向下增长的

用户栈

我们通过ulimit -a看到系统对当前进程的栈size进行了限制,大部分是8M的限制。用户可以通过ulimit -s来修改栈的大小，可以扩充到100M的大小

bss段

参考：https://www.zhihu.com/question/23059602/answer/23486779 (opens new window)

早期的计算机存储设备是很贵的，而很多时候，数据段里的全局变量都是0（或者没有初始值），那么存储这么多的0到目标文件里其实是没有必要的。所以为了节约空间，在生成目标文件的时候，就把没有初始值（实际就是0）的数据段里的变量都放到BSS段里，这样目标文件就不需要那么大的体积里（节约磁盘空间）。只有当目标文件被载入的时候，加载器负责把BSS段清零（一个循环就可以搞定）。 之后，这个规则慢慢的成为一个标准配置，大多数编译器也就都支持了BSS段。

​ bss段通常用来存放程序中未初始化的或初始化为0的全局变量和静态变量，负责将BSS段清零的工作一般是由加载器完成的，当一个可执行文件被加载的时候，加载器（可以简单的理解为操作系统）负责把BSS段的内存清零。有初始化值的全局变量和静态变量在data段。

#include <stdio.h>

int a = 0;
int b;
int c = 5;

int main()
{
    printf("data: c,f;  bss:a,b,d,e\n");

    static int d = 0;
    static int e;
    static int f = 5;

    printf("a-bss : %p\n", &a);//00404014
    printf("b-bss : %p\n", &b);//00404010
    printf("c-data: %p\n", &c);//00402000
    printf("d-bss : %p\n", &d);//00404018
    printf("e-bss : %p\n", &e);//00404028
    printf("f-data: %p\n", &f);//00402004

    return 0;
}

mmap

mmap()可以指定起始地址，如果该地址不可用，则系统会分配一个随机地址。返回值为为实际分配的地址。

mmap()分配的最小长度为pagesize，在shell中可以用getconf PAGE_SIZE获取，一般默认是4096。

代码中可以通过int pagesize = sysconf(_SC_PAGE_SIZE); 获取页大小。

#include <sys/mman.h>

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
int munmap(void *addr, size_t length);

• 指定map的地址。为NULL则由kernel分配地址。不为NULL时，该地址仅供kernel参考（除非指定MAP_FIXED）。
• prot为读写执行权限
• flags为打开方式，MAP_SHARED表示共享方式映射内存。如果指定了MAP_FIXED，则会映射到指定的地址。如果该地址之前已经被映射，则会抛弃前面的映射。 anonymous匿名的，不关联文件。
• fd, 映射文件的fd
• offset， 映射到映射文件的offset，必须为内存页大小的整数倍

RETURN VALUE On success, mmap() returns a pointer to the mapped area. On error, the value MAP_FAILED (that is, (void *) -1) is returned, and errno is set to indicate the cause of the error.

  On  success,  munmap()  returns 0.  On failure, it returns -1, and errno is set to indicate the cause of the error
  (probably to EINVAL).

• open()和shm_open() 参考https://bbs.csdn.net/topics/390598198/ (opens new window)

普通的open()会打开一个文件，而shm_open()会在/dev/shm目录上生成一个文件，而且会校验该目录下是不是挂载了tmpfs文件系统，如果不是也不能正常打开。因为这个文件存在tmpfs文件系统下，在不用的情况系统会自动删除掉。

所以如果需要保存文件，则open()普通文件，然后用mmap映射。如果只是ipc通信，不需要保存文件内容，则用shm_open()更方便,打开的临时文件不用了会自动删除。

// #define _GNU_SOURCE
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <error.h>

using namespace std;


//页大小一般为4096字节，读每页开头一个字节，从而建立tlb表项。注意要防止编译器优化。
void touch_page_tlb(void *addr, size_t len) {
    for(int i=0; i<len; i+=4096) {
        uint8_t *a = (uint8_t *)((char *)addr+i);
        __asm__ __volatile__("" :  : "m"(*a) : );
    }
}


//典型用法, 不指定映射地址,  map长度为len字节,  文件偏移offset=0
int main()
{
    const char *filename = "/tmp/mmap_test";
    int len = 8192;
    int fd = open(filename, O_CREAT | O_RDWR, 0666);
    if(fd < 0) {
        std::cerr << "file open failed: " << strerror(errno) << std::endl;
        return 1;
    }
    if(ftruncate(fd, len)) { //更改文件大小
        std::cerr << "ftruncate failed: " << strerror(errno) << std::endl;
        close(fd);
        return 2;
    }
    uint8_t *addr1 = (uint8_t *)mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_SHARED , fd, 0);
    // close(fd);
    if(addr1==MAP_FAILED){
        std::cerr << "mmap failed: " << strerror(errno) << std::endl;
        return -1;
    }
    printf("mmap succeed, addr1=%p\n", addr1);


    uint8_t *addr2 = (uint8_t *)mmap(NULL, len, PROT_READ | PROT_WRITE , MAP_SHARED , fd, 0);
    if(addr2==MAP_FAILED){
        std::cerr << "mmap 2 failed: " << strerror(errno) << std::endl;
        return -1;
    }
    else printf("mmap succeed, addr2=%p\n", addr2);


    // 内存预读取
    // madvise(addr1, len, MADV_WILLNEED | MADV_ACCESS_MANY); //建议内核该内存区域即将使用，使用方式为多进程随机读取
    // _mm_prefetch(addr1, len)//预读到cache，一般不需要
    touch_page_tlb(addr1, len);

    printf("main end\n");
    return 0;
}

下面是映射固定地址的用法

int test_fixed_mmap()
{
    //指定映射地址为0x400000， map长度为4096字节， MAP_ANONYMOUS不关联文件(通常初始化为0)  fd=-1  文件偏移offset=0
    uint8_t *mem1 = (uint8_t *)mmap((void *)0x400000, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, 
        MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED, -1, 0);

    uint8_t *mem2 = (uint8_t *)mmap((void *)0x401000, 64, PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC, 
        MAP_SHARED | MAP_ANONYMOUS | MAP_FIXED, -1, 0);


    //测试mem1和mem2之间的关系，它们都处于本进程的同一用户地址空间，二者距离为0x1000（4096），可通过偏移互相访问
    printf("mem1=0x%p\n", mem1);
    printf("mem2=0x%p\n", mem2);

    int *mem1_0 = (int *)mem1;
    int *mem1_0x1000 = (int *)(mem1 + 0x2000 - 4);
    int *mem2_0 = (int *)mem2;
    printf("mem1_0x1000=0x%p\n", mem1_0x1000);
    printf("mem2_0=0x%p\n", mem2_0);
    return 0;
}