Linux下可执行程序的分段

说明：

Linux系统下编译产生的二进制程序是以ELF格式存储的，ELF格式是分段的；Linux系统采用段式内存管理架构，二进制程序加载进内存后内存分布也是分段的。

windows系统也是类似的。

个人理解：

分段是由编译器和操作系统实现，编译时编译器将不同类型的元素存储到相应的段，以区分处理，利于管理和加快操作效率。

分段行为不是固定的，不同编译器，不同平台可能有细微差别，虚拟内存和硬盘都是连续的。

程序由数据和处理两部分组成，处理部分(代码)编译后为二进制指令（代码段）比较固定，而数据部分（变量）有多种形式，例如：全局变量，局部变量，static变量，const变量等等，为了实现这些需求和加快操作效率，因此数据段有多种分段类型。

一、代码：

段名：代码段（text段）

编译后生成给CPU执行的机器指令，一个程序只有一个代码段，只读，防止程序由于意外事故而修改自身指令。

该段也有可能包含一些只读的常量，例如字符串常量，const修饰的变量（各种单片机的编译器会这样存储），由编译器决定。

变量：

全局变量(生命周期等于整个程序执行期)

全局变量在编码时已经固定了，占用内存大小和值已确定，因为这些特性，全局变量可以在编译时就准备好，不需要等到运行时再去逐个分配内存设置值。

这里说的全局变量包括 全局变量，static的全局变量，static的局部变量。

全局变量由于初始值的不同，有以下两种情况。

二、已赋不为0的初始值：

段名：已初始化数据段（data段）。

初值不为0，编译器简单处理认为数据都不同，需要逐个变量保存到二进制程序文件中，程序运行时直接将整段数据拷贝进内存。

个人理解：编译器可以进一步优化，相同的值可以只存一份。

该段保存了程序中所有赋了初值并且初值不为0的全局变量，包括全局变量，static的全局变量，static的局部变量。

如果该段数据较多，会导致程序二进制文件非常大，如下：

int ar[300000] = {1};        //将全部存储在data段，虽然值都是一样的
static int a = 10;           //保存在data段
void test(){
    static int b = 10; 
}

三、未赋初值或者初值为0：

   1、段名：未初始化数据段（bss段）。

   2、由于可以将这些变量的初值处理成一样的，都设置为0，二进制程序文件就没必要存储这些值，只需要记录该段的首地址和段长度，程序运行加载进内存时再按这些参数申请和格式化内存就好。

   3、该段保存程序中没有进行初始化或者初始化为0的全局变量；例如：

int a; 
int b = 0;
static int a;
static int a = 0;
void test(){
    static int b;
    static int b = 0;
}

四、局部变量(生命周期由系统控制)

   1、段名：栈。

   2、由于局部变量不是固定的，无法在编译时进行处理。

   3、 增长方向：自顶向下增长；普通的局部变量以及每次函数调用时所需要保存的信息（返回地址；环境信息）。

   4、栈变量最大的特征是：栈变量都应该是临时变量，出栈后内存就非常可能被覆盖。

五、动态变量(生命周期由程序员控制)

  1、段名：堆。

  2、该段的大小并不固定，可动态扩张或缩减。

  3、因为动态变量并不是固定的，无法在编译时进行处理。

  4、动态存储区,是向高地址扩展的数据类型，是自下向上的扩展方式，动态内存分配的内存区域。

  5、堆变量最大的特征是：大内存变量或者永久变量，临时小内存变量不应该放在堆内存中，应该放在栈内存中。

六、只读变量

 1、段名：只读变量区域（rodata段）

 2、只读的内存区域，const修饰的常量，以及常量字符串保存在该区域。例如：

const int a = 100; 
char *b = "hello world"。 //hello world保存在该段，但是变量b不是。

存储时形态：

   二进制程序中不包含堆，栈需要动态管理的段，程序加载进内存才会产生。

运行时形态：

  1、每个进程都独自拥有4GB的虚拟内存空间，使用时再由系统转换成物理内存地址，该转换对用户是透明不可见的，因此时常讲的内存空间都是虚拟内存空间。

  2、程序的代码段和一些全局变量是固定的，不会改变的，编译时会将代码段和这些变量的虚拟内存地址确定，因此每次运行都是固定的。

  3、Linux下C程序的内存分布图如下，C程序将内存分为以下5部分，地址从低到高排列：