进程地址空间与 C/C++ 变量存储的详细梳理

进程的地址空间分为 用户空间 和 内核空间 ，两者通过 页表隔离，具体结构如下：

用户空间是进程可以直接访问的部分，包含以下区域：

(1) 代码段（Text Segment）
- 存储内容：程序的可执行指令（机器代码）。
- C/C++ 对应 ：函数代码（包括类的成员函数）、常量字符串（如 "Hello"）。
- 权限：只读（防止程序修改自身指令）。
(2) 数据段（Data Segment）
- 初始化数据段（.data） ：显式初始化的全局变量和静态变量（如 int x = 10;）。
- 未初始化数据段（.bss） ：未显式初始化的全局变量和静态变量（如 int y;）。
- C++ 补充：类的静态成员变量也存储在此处。
(3) 堆（Heap）
- 动态分配内存 ：通过 malloc（C）或 new（C++）分配的内存。
- 特点：手动管理（需显式释放），空间较大但可能产生碎片。
(4) 栈（Stack）
- 存储内容：函数调用时的局部变量、参数、返回地址等。
- 特点：自动管理（函数结束时自动释放），空间有限（默认约几 MB）。
- C++ 补充：对象的构造函数和析构函数在此触发。
(5) 共享内存与内存映射区（Shared Memory & Mapped Regions）
- 共享内存 ：进程间通信（IPC）的共享数据（如 shmget 创建的内存）。
- 内存映射文件 ：通过 mmap 映射的文件或动态链接库（如 .so、.dll）。

全局变量 ：存储在数据段（.data 或 .bss）。

cpp 复制代码

int global_var = 10;       // .data 段
int uninit_global_var;     // .bss 段

静态变量 ：
- 类静态成员变量：存储在数据段。
  cpp 复制代码
```
class MyClass {
    static int static_member;  // .bss 段（需在类外初始化）
};
```
- 局部静态变量：存储在数据段（首次执行时初始化）。
  cpp 复制代码
```
void func() {
    static int local_static = 0;  // .data 段
}
```

字符串常量 ：存储在代码段或 .rodata 段（只读）。
cpp 复制代码
```
const char* str = "Hello";  // "Hello" 在 .rodata 段
```
const 变量 ：
- 全局 const 变量：存储在 .rodata 段。
  cpp 复制代码
```
const int kMaxSize = 100;  // .rodata 段
```
- 局部 const 变量：存储在栈中。
  cpp 复制代码
```
void func() {
    const int local_const = 5;  // 栈中
}
```

堆内存 ：通过 new 或 malloc 分配。
cpp 复制代码
```
int* heap_var = new int(42);  // 堆中
```

映射关系：记录逻辑页号（Virtual Page Number, VPN）到物理页帧号（Physical Frame Number, PFN）的对应关系。
权限控制：标记页的读写权限（如代码段只读、堆可读写）。

逻辑地址结构 ：

复制代码

| 10 bits (一级页号) | 10 bits (二级页号) | 12 bits (页内偏移) |

转换过程 ：
1. 通过一级页号在页目录中找到二级页表地址。
2. 通过二级页号在二级页表中找到物理页帧号。
3. 物理地址 = 物理页帧号 × 页大小（4 KB） + 页内偏移。

存储区域	内容	C/C++ 对应	页表映射特点
代码段	程序指令、常量字符串	函数代码、`const char*`	只读，直接映射到物理内存
数据段（.data）	初始化的全局/静态变量	`int x = 10;`、类静态成员变量	可读写，独占物理页帧
数据段（.bss）	未初始化的全局/静态变量	`int y;`	初始为零页，按需分配物理内存
堆	动态分配的内存	`new`、`malloc`	按需分配，可能跨多个物理页帧
栈	局部变量、函数参数	函数内的 `int z;`	自动管理，通常连续分配
共享内存/映射区	IPC 共享数据、内存映射文件	`shmget`、`mmap`	多个进程共享同一物理页帧
内核空间	操作系统内核代码和数据	系统调用、驱动代码	所有进程共享同一内核页表

进程是否拥有内核地址空间？
- 每个进程的地址空间包含 用户空间和内核空间的逻辑映射，但内核空间的实际物理内存由所有进程共享。用户进程无法直接访问内核空间（需通过系统调用）。
C++ 是否存在"静态区"？
- C++ 的静态变量（全局/局部静态、类静态成员）存储在数据段（.data 或 .bss），而非独立的"静态区"。术语"静态区"是数据段的别名。
共享内存位于进程地址空间的哪个区域？
- 共享内存位于用户空间的 内存映射区域，通过页表映射到同一物理页帧，实现进程间数据共享。