Question

进程内存布局与编码息息相关的是堆（heap）和栈（stack）。

• stack : 用于维护函数调用上下文。
• heap : 动态分配内存区。

进程内存模型示意图

                 |              |
        0x400000 +--------------+
                 | .init, .text |
                 +--------------+
                 | .rodata      |
                 +--------------+
                 | .data, .bss  |
                 +--------------+
                 | heap         |  v
                 +--------------+
                 | ...          |  mmap
                 +--------------+
                 | dynlib       |
                 +--------------+
                 | ...          |
                 +--------------+
                 | stack        |  ^
  0x7ffffffff000 +--------------+
                 | vsyscall     |
  

栈

栈由高位向低位扩展，通常以 SP 寄存器定位栈顶。每个函数调用，都会在栈划出一个区域，称做栈帧（stack frame），以 [esp, ebp] 确定范围，BP 也被称做帧指针（frame pointer）。

默认栈大小受系统限制，超出会导致段错误。使用 ulimit -s 查看或修改。

栈帧保存如下内容：

• 上下文。（如寄存器数据，用于结束时恢复现场）
• 当前函数局部变量。（非静态）
• 调用其他函数是的参数。（register, cdecl）

  SP +-------------+---------
     | ...         |
     +-------------+
     | local       |
     +-------------+
     | context     |
  BP +-------------+---------
     | old BP      |  调用方帧指针
     +-------------+
     | PC          |  调用方返回地址
     +-------------+
     

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int add(int x, int y)
{
    int z = x + y;
    return z;
}

int main (int argc, char *argv[])
{
    int x = 0x11;
    int y = 0x22;
    int z = add(x, y);

    printf("%d\n", z);
    return EXIT_SUCCESS;
}

$ objdump -d -M intel ./test | less -p "<main>:"

参数 -fomit-frame-pointer 可以取消 BP 寄存器使用，但不推荐。指令 leave = pop sp, bp; pop bp ，清除当前栈帧，然后 ret 再 pop 恢复 PC/IP 回到调用方。

堆

目前 Linux 标准发行版使用 glibc/ptmalloc2 堆分配器。

• 向操作系统申请大块内存，交由分配器管理。
• 短生命周期使用 sbrk。
• 分配和释放时，合并小块内存。
• 释放时可能被放回内存池。
• 长生命周期大内存使用 mmap。
• 特大块内存申请使用 mmap。

google tcmalloc, freebsd jemalloc

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>

int main (int argc, char *argv[])
{
    char *p = malloc(1024);
    *p = 0x22;

    char *p2 = mmap(NULL, 1<<20, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_ANONYMOUS | MAP_PRIVATE, -1, 0);
    *p2 = 0x33;

    printf("%p, %p\n", p, p2);

    getchar();
    free(p);
    munmap(p2, 1<<20);

    return EXIT_SUCCESS;
}

$ gcc -g -O0 -Wall -std=gnu11 -o test test.c    # 使用 gnu，否则 MAP_ANONYMOUS 未定义。