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现象

底层原因

数据不发生修改

数据修改

小总结

地址空间本质

为什么要有地址空间

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现象

 来看代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int val = 50;

int main()
{
	printf("father process is running,pid is:%d,ppid is:%d,val:%d,&val:%p\n", getpid(), getppid(), val, &val);
	pid_t id = fork();
	if (id == 0)
	{
		int cnt = 0;
		while (1)
		{
			printf("child process,val:%d,&val:%p\n", val, &val);
			cnt++;
			sleep(1);

			if (cnt == 3)
			{
				val = 100;
				printf("child proess change 50->100\n");
				printf("child process,val:%d,&val:%p\n", val, &val);
				sleep(1);
			}
		}
	}

	else if (id > 0)
	{
		while (1)
		{
			printf("father process,val:%d,&val:%p\n", val, &val);
			sleep(1);
		}
	}


	return 0;
}

 如上述代码，定义一个全局变量val，分别在父子进程中打印内容和地址，当在子进程运行3s后，更改其值。来看看结果。

从上图不难看出，没修改前父子进程的val都是50，地址也一样；当在子进程修改后，子进程打印出来了100，而父进程还是50，但是地址还是一样的！！很奇怪！！？

• 同一变量名输出不同的内容，说明父子进程中用的并不是同一个变量。
• 每一个变量都会有属于自己的物理空间(地址)。。说明，使用程序代码打印出来的这个地址绝对不是物理地址！
• 实际上，在Linux中，对于这样的地址就被称为虚拟地址！平时我们采用C/C++打印出来的地址，都是虚拟地址，并不是数据真正在内存中的地址！
• OS在创建进程时，不仅仅将进程的代码和数据加载到内存，还会为每一个进程创建一个地址空间，这个地址空间就是虚拟地址空间！！

既然是虚拟地址，那又怎么找到当前数据所在内存的位置？只有知道位置，才能进行数据的访问和修改。因为内存和代码被加载到了物理内存中。。

实际上OS也会为每个进程建立一个页表，这个页表能够将虚拟地址和物理地址建立起映射的关系！操作系统会自动将虚拟地址转化为物理地址。。

底层原因

数据不发生修改

• 这种情况父子进程的页表映射的是同一个地址。因为子进程会继承父进程内容，父进程的代码和数据子进程都能看到（不能修改）

 

数据修改

• 这种情况会发生OS发生写时拷贝。OS会在内存重新找一块空间，将数据拷贝下来再做修改，并重新更新子进程的页表，重新建立新的映射关系。

为什么要发生写时拷贝？

• 因为进程具有独立性，多进程运行，都需要独享各种资源，进程之间不能相互干扰。 

能不能在创建子进程的时候就将父进程的数据全部写时拷贝呢？

• 可以，但是没必要，因为子进程不一定会全部修改父进程的数据，写时拷贝是有一定的消耗的，应该要按需分配，修改的时候在写时拷贝，这样更能节省消耗！

小总结

①上述程序运行的结果足矣说明，同一个变量，地址相同，本质是虚拟地址相同，内容不同本质是被映射到的物理地址不同！

②这也解释了fork函数，同一个id变量名为什么既能>0,又能小于0的原因。因为fork函数会返回两次，即return，return的本质就是写入（修改），发生写时拷贝！

//fork会return，对父进程的id写入，发生写时拷贝！
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
    //child
    ....
}
else if(id>0)
{    
    //father
    .....
}

地址空间本质

进程地址空间，在内存中是一种内核数据结构，在Linux中本质就是一个mm_struct的结构体，这个结构体内部的属性都是表示某一个区域的范围。。

就好像一把直尺，每一部分的内容都有属于自己的范围！

为什么要有地址空间

①拦截非法请求，变相保护物理内存！ 

• 如果没有地址空间，进程直接访问物理内存，极大的增加系统异常的概率。
• 加上地址空间，进程首先得先通过地址空间这一关，比如访问数组越界等异常问题，地址空间会立马报错，阻止进程继续访问物理内存！

②进程管理模块和内存模块的解耦，实际是提高内存利用率。

• 如果在创建进程的时候，直接申请物理内存。若进程长时间不使用物理内存，那必然会造成资源的浪费
• 有了虚拟地址空间，可以在页表先申请出虚拟地址，当进程实际需要使用内存，再申请内存空间，并建立映射关系，极大提高内存利用率。

③将无序变有序，让进程以统一的视角看待物理内存以及自己运行的各个区域。

•  有了地址空间，每个进程都无需关心具体的数据在物理内存中的位置，只需知道虚拟地址，OS会通过页表映射到对应的物理位置！

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 好了，今天的内容就分享到这里，如果你有所收获，欢迎三连，xd！