进程地址空间的理解
一，什么是程序地址空间
在我们写程序时，都会有这样下面的内存结构，来存放变量和代码等数据。
一个进程要执行，必须要有其对应的这样的内存结构。一个系统中有很多进程要执行，则要对应有很多进程空间。但是实际上的物理内存就那么大，无法给每一个进程都分配这么多的空间。则操作系统给每一个进程都划分了一个这样的虚拟的内存结构，这个虚拟的内存结构就叫做进程地址空间。
二，页表和虚拟地址空间
以下面例子为例讲解。在Linux下，我们编写一个C语言程序，创建一个子进程，修改子进程中和父进程中共有的值，查看其分别在父进程和子进程中这个值的大小和地址。
c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0){
perror("fork");
return 0;
}
else if(id == 0){
g_val=100;
printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}else{ //parent
sleep(3);
printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
sleep(1);
return 0;
}结果：
child[3046]: 100 : 0x80497e8
parent[3045]: 0 : 0x80497e8
这里看到 g_val 在父进程和子进程中的地址一样，但是内容不一样，则一定说明 g_val 在父进程和子进程的中的物理内存不一样，但是这里显示的地址却是一样的。这说明在这里的地址是虚拟地址而不是物理地址。
知道了虚拟地址，现在来讲解一下虚拟地址和物理地址之间的关系：
虚拟地址和物理地址之间是由页表来构成的一种映射关系
由上面的讲解可知，操作系统给每个进程分配了一个进程地址空间，这个进程地址空间是一个虚拟地址空间，通过页表来映射到物理地址上。
由上图可看到，上述例子中子进程和父进程中 g_val 的地址一样，但值不一样。本质是因为打印的地址是虚拟地址，当子进程对 g_val 的值做修改时，在物理地址层面，会开辟一块新空间存放 g_val 的值，再修改进程中 g_val 的映射关系，使其指向新开辟的空间。
三，为什么要有进程地址空间
所以为什么要有进程地址空间并且设计这样的页表映射的结构呢？
首先，页表的出现让虚拟地址和物理地址之间产生一种映射关系，但是不只是映射关系，还对这个物理地址进行了权限的保护。
当对常量区进行映射时，页表结构中会检测权限，当对这段空间做修改时，检测到只读，则拒绝对这段区间进行修改
其次，页表的出现对虚拟地址和物理地址之间进行了解耦。
页表让物理内存的管理和进程的管理进行了分离，在进程层面，数据的存储看起来有其对应的区域，但在物理层面，数据按照一种有序的方式存放进而提高物理空间的利用率
进程地址空间的作用有三个：
1. 进程地址空间是为了保护物理内存
当出现非法访问时，进程地址空间和页表会识别并且拒绝访问，从而保护了物理空间的完整性
2. 降低操作系统的耦合度和上述一致，页表和进程地址空间会让对进程的管理和对物理空间的管理分离，进而降低了操作系统的耦合度 ，提高了整体效率
3. 保证每个进程的独立性操作系统为每个进程都分配了一个这样的虚拟的进程地址空间，让每个进程都可以对其数据进行统一管理，保证其独立性，再由页表映射到物理地址上，又不会干扰物理地址的存放