进程与线程
一、进程
1.1 进程定义
进程：进行（执行）中的程序
1.2 进程空间
每个进程拥有4GB的虚拟地址空间，其中：
-
用户空间：3GB（0x00000000 - 0xBFFFFFFF）
-
内核空间：1GB（0xC0000000 - 0xFFFFFFFF）
1.3 进程特点
1.3.1 优点
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稳定性更高（相对线程）
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进程间相互独立
-
一个进程崩溃不会直接影响其他进程
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1.3.2 缺点
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开辟及调度效率低
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创建进程需要分配完整的4GB虚拟空间
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上下文切换开销大
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需要保存和恢复完整的进程状态
-
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进程间通信复杂
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需要使用专门的IPC机制
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常见的进程间通信方式：
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管道（Pipe）
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消息队列（Message Queue）
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共享内存（Shared Memory）
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信号量（Semaphore）
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套接字（Socket）
-
-
通信需要跨越进程边界
-
二、线程
2.1 线程定义
线程：程序中的一条执行线路
重要原则：一个进程至少有一个线程（主线程）
2.2 线程特点
2.2.1 优点
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开辟及调度效率高
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创建线程开销小
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上下文切换快
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共享进程的资源
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线程间通信简单
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共享相同的地址空间
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可以直接访问全局变量
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通过共享内存通信
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2.2.2 缺点
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稳定性低
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线程间相互影响比较大
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一个线程崩溃可能影响整个进程
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需要谨慎处理共享资源的访问
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2.3 线程独立资源
每个线程拥有独立的栈：
-
栈大小：8MB（通常配置）
-
栈内容：
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局部变量
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函数的返回地址
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函数的参数
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重要特性：线程独享自己的栈空间
三、进程内存布局（4GB地址空间）
3.1 用户空间（3GB）
从低地址到高地址：
1. code段（代码段）
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存放二进制程序代码
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只读属性
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存储CPU执行的机器指令
2. DATA段（数据段）
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全局静态区的一部分
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存放已初始化且值不为0的：
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全局变量
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静态变量
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位于BSS段之上
3. BSS段（未初始化数据段）
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全局静态区的一部分
-
存放未初始化或初始化为0的：
-
全局变量
-
静态变量
-
-
程序启动时自动清零
注意顺序：code → DATA → BSS
4. heap（堆）
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位置：BSS段之上
-
大小：小于3GB，通常2.8-2.9GB
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特点：
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用户自行管理的空间
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使用时需要手动申请（malloc）
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使用后需要手动释放（free）
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动态分配，大小可变
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5. stack（栈）
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位置：用户空间顶部
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大小：8MB/线程（可配置）
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特点：
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自动分配和释放
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存储函数调用信息
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线程独享
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6. map（内存映射区）
3.2 内核空间（1GB）
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位置：高地址1GB（0xC0000000 - 0xFFFFFFFF）
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内容：内核代码和数据
-
权限：只有内核可以访问
四、内存布局总结
4.1 完整布局（从低到高）
0x00000000 ┌─────────────┐
│ code │ ← 二进制程序代码
├─────────────┤
│ DATA │ ← 已初始化的全局/静态变量（值≠0）
├─────────────┤
│ BSS │ ← 未初始化或初始化为0的全局/静态变量
├─────────────┤
│ heap │ ← 动态分配的内存（手动管理）
│ ↑ │
├─────────────┤
│ map │ ← 内存映射区（库函数地址）
├─────────────┤
│ stack │ ← 栈（线程独享，8MB/线程）
│ ↓ │
0xBFFFFFFF └─────────────┘ ← 用户空间结束（3GB）
0xC0000000 ┌─────────────┐
│ kernel │ ← 内核空间（1GB）
└─────────────┘
0xFFFFFFFF4.2 简记顺序
低地址 → 高地址：
code → DATA → BSS → kernel → stack → heap → map注意：实际顺序为code在最下面，stack在最上面，中间是heap和map
五、编程注意事项
5.1 野指针问题
野指针：非法的，指向未知的地址
危险示例：
{
p = malloc(); // 分配内存
free(p); // 释放内存
// 此时p成为野指针
// 错误：继续使用p
}正确做法：
{
p = malloc(); // 分配内存
// 使用p...
free(p); // 释放内存
p = NULL; // 重要：将指针设为NULL
// 现在p不是野指针了
}5.2 函数返回值传递
ARM架构特点 ：函数的返回值用r0寄存器传递
原理：
-
r0寄存器用于存储函数返回的第一个值
-
如果返回值是结构体等较大数据，可能使用其他方式
示例：
int add(int a, int b) {
return a + b; // 结果通过r0寄存器返回
}5.3 动态库使用
动态库特点：
-
文件名：libxxx.so
-
位置：映射到map区域
-
优点：节省内存，多个进程可共享
加载过程：
-
程序运行时，动态库被加载到map区域
-
建立libxxx.so与map区域的映射关系
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程序通过映射地址调用库函数
六、关键点总结
6.1 进程 vs 线程
| 特性 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 定义 | 执行中的程序 | 程序中的执行线路 |
| 最小数量 | 1个 | 1个（主线程） |
| 地址空间 | 独立的4GB | 共享进程的4GB |
| 栈空间 | 有，但概念不同 | 独立栈（8MB/线程） |
| 开辟效率 | 低 | 高 |
| 调度效率 | 低 | 高 |
| 通信复杂度 | 复杂（需要IPC） | 简单（共享内存） |
| 稳定性 | 更高（相互独立） | 更低（相互影响） |
6.2 内存区域功能
| 区域 | 内容 | 管理方式 | 特点 |
|---|---|---|---|
| code | 程序代码 | 系统 | 只读，存储指令 |
| DATA | 已初始化变量 | 系统 | 全局/静态，值≠0 |
| BSS | 未初始化变量 | 系统 | 全局/静态，启动时清零 |
| heap | 动态分配内存 | 手动 | malloc/free，大小可变 |
| stack | 局部变量等 | 自动 | 函数调用，线程独享 |
| map | 库函数映射 | 系统 | 动态库加载区 |
| kernel | 内核代码数据 | 系统 | 内核专用，用户不可访问 |
6.3 编程规则
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避免野指针：free后立即设指针为NULL
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理解返回值：ARM中函数返回值通过r0传递
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合理使用内存：
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小数据、临时变量用栈
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大数据、长期存在用堆
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全局数据用DATA/BSS
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线程安全：多个线程访问共享资源需要同步
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资源管理：申请的资源要及时释放