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进程的地址空间

进程的地址空间是相互独立的，互相之间不会干扰，这种保护机制是硬件提供、操作系统使用的。

进程的地址空间由text segment、data segment、stack segment、heap segment四部分组成。

text segment存储程序代码对应的机器指令，内容只能读不能修改。当两个用户运行同一个程序时，可以共享同一个代码段。类似的，加载到内存中的共享库，可以同时被多个进程使用。这种原理还可以用来实现共享内存，做高效的进程间通信机制，比如C语言中使用的mmap()。

data segment存储存储类型为静态的变量。

可执行文件中存储的就是text segment和data segment中的内容。

stack segment存储program stack，包括正在被执行的函数的返回值、参数和local变量。通常从进程虚拟地址空间的顶部开始向下延伸。

heap segment是进程动态分配的内存区域。注意：这里的heap(堆)和数据结构中的堆不是一个意思，这里的堆是一个先进先出的队列。

stack segment溢出的原因可能是函数递归太深、定义了占用太大空间的局部变量。data segment溢出的原因是定义了占用太大空间的静态变量。为了防止stack segment和date segment溢出，在使用大块内存时尽量使用heap segment。

ulimit -a可以看到Centos6.2（linux 2.6.3.2）stack size缺省是10240k字节（ulimit -s 8192就可以修改为8M），data segment size缺省没有限制大小。

Windows栈空间缺省是1M字节，可以修改。

因为进程虚拟地址空间在物理空间上实际上不连续，进程使用的每块内存都要进行记录，然后将这些记录通过链表保存，链表长度超过32时，使用红黑树保存。

物理内存管理

页

物理内存的每个页（page）都有一个struct page结构体与其对应进行管理。里面有个指针，该页面被使用时，该指针指向它所属的地址空间（struct address_space）。里面有引用计数，如果引用计数为0，则表示页空闲。

Linux物理内存区域（zone）

因为硬件的限制，内存分为三种：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL、ZONE_HIGHMEM

因为有一些硬件只能使用特定的内存地址来执行DMA（例如ISA设备就只能访问物理内存前16M进行DMA），所以就有了ZONE_DMA。

因为一些体系结构其物理内存的寻址范围比内核虚拟地址（32位linux内核的寻址空间为1G，另外3G为用户空间）范围大。所以有一些内存不能永久映射到内核空间上，这些内存就是ZONE_HIGHMEM。

X86体系结构：

ZONE_DMA：可以用于DMA。内核可以直接映射。通常在0-16MB范围内。

ZONE_NORMAL：内核可以直接映射。通常在16MB-896MB范围内。

ZONE_HIGHMEM：内核不能直接映射。通常为896MB以上。

幸运的是，其它体系结构中通常所有的物理内存都是ZONE_NORMAL。实际上在使用32位linux XLP（MIPS体系）设备上，也存在low memory和high memory。如果使用64位linux，就没有high memory，因为内核虚拟地址空间非常大，能够映射全部物理内存。

ZONE_HIGHMEM对应的内存叫做high memory，其余内存叫做low memory。

Linux里/proc/meminfo中可以看到各内存区域大小。

内存分配

页面分配器（page allocator）

页面分配器用于分配物理内存中的页。它使用伙伴算法（buddy algorithm）。将大小相同且物理上连续内存块称为伙伴。分配给请求者的内存是2的若干次方个页。一个内存块被释放时，如果伙伴是否也空闲，和合并这两个内存块。例如将两个8个页面大的伙伴内存块合并成一个16个页面大的内存块。

slab分配器（slab allocator）

伙伴算法导致大量的内存碎片。Slab分配器可以解决这个问题。

Slab分配器虽然也是使用伙伴算法获得内存块，但是之后切出slab（更小的单元）分别进行管理。

Slab层把不同的对象划分为所谓的高速缓存（cache）组，每个cache都存放不同类型的对象。这些高速缓存又被划分为slab。Slab由一个或者多个物理上连续的页组成，通常一个Slab就是仅仅一页。每个slab都包含一些对象成员，对象是指被缓存的数据结构。Slab有三种状态：满、部分满、空。需要一个新对象时，从部分满的slab中分配，如果没有这样的slab可用，就从空的slab中进行分配，如果没有空的slab，就要创建一个slab。这种策略可以减少碎片。而且很明显很多时候内存的分配和释放不是真的分配和释放，因为cache中的节点是已经申请好了的内存，进程的内存分配操作常常实际上只是操作系统通知进程cache中的一个空闲节点地址，并且将这个节点的状态置为已用，内存释放操作只是将节点的状态置为未使用，从而大大提高了内存频繁的分配和回收时的效率。

OOM

Linux会在内存耗尽（out of memory）时杀掉一些进程以释放内存（实际上是low memory耗尽就开始杀进程）。这相当于为了保存性命而进行的外科手术。

Linux缺省打开OOM kill功能（/proc/sys/vm/panic_on_oom的内容是0），echo 1 > /proc/sys/vm/panic_on_oom关闭该功能。

Core dump

在一个程序崩溃时，它会在指定目录下生成一个core文件（可以通过ulimit命令设置开启还是关闭该功能）。core文件是这个程序的内存映象（同时加上调试信息），主要是用来调试的。用gdb打开core文件，可以看到调用栈。

类似的windows中程序崩溃时会产生dump文件（使用windbg加载）。