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程序必须先装载到内存才能被CPU执行。cache机制也只是对内存的映射。
进程虚拟空间涉及操作系统的内存管理和进程管理，虚拟空间是在进程执行时根据装载和执行步骤为进程分配的空间。能够实现虚拟空间，页映射是一个重要概念。
程序装载
装载程序（无共享库依赖）并执行的步骤：
- 创建一个独立的虚拟地址空间
- 读取可执行文件头，并且建立虚拟空间与可执行文件的映射关系
- 将CPU的指令寄存器设置成可执行文件的入口地址，启动运行
注意：在装载时有两种映射关系，1.可执行文件和进程虚拟空间的段映射 2.进程虚拟空间与物理内存的页映射
装载映射
装载概念：把程序从外存中读取到内存中的某个位置。程序以segment为最小粒度装载到虚拟空间一段连续空间。
segment: 可执行文件按section组织，将相同权限的section组合成一个segment。section如.text,.data,.bss。
可执行文件的段到进程虚拟空间的映射：
页式映射
现代操作系统使用页式映射管理内存，是虚拟存储机制的一部分。
- 页：把地址空间人为地分成固定大小，称为页。每一页的大小由硬件决定，或硬件支持多种大小的页，由操作系统选择决定页的大小，常用的页大小是4KB,2KB等。
- 虚拟空间：一个进程运行时逻辑上独享的空间，与物理空间是页式映射关系
- 页式映射：虚拟页VP映射到物理页PP。
- 虚拟页：虚拟空间中的页。VP可能有三种状态：1，VP被访问过，在内存中，对应的PP即内存的某个页面 2.VP被访问过，但由于其他程序访问超过内存，被置换到磁盘中，PP为磁盘地址 3. VP未被访问过
- 物理页：物理内存的页
虚拟存储的实现依靠硬件MMU来进行页映射。一般MMU集成在CPU内部。
进程虚拟空间分布
虚拟空间的大小由CPU的位数决定。如32位的硬件平台决定虚拟空间的地址范围0- 2 31 2^{31} 231-1。
为提高安全性，将虚拟空间分为用户空间和内核空间。如4GB的虚拟空间，1GB分给操作系统进程，3GB分给其他进程。
操作系统通过使用VMA来对进程的地址空间进行管理。在linux下，通过查看"/proc"来查看进程的虚拟空间分布：
bash
$ gcc -o test singleton.c -static
$ ./test &
[1] 4869
$ cat /proc/4869/map
map_files/ maps
$ cat /proc/4869/maps
起始地址-结束地址 权限 偏移量 设备号 inode 路径名/描述
00400000-00401000 r--p 00000000 103:06 14811163 /home/user/.leetcode/test/test
00401000-0047c000 r-xp 00001000 103:06 14811163 /home/user/.leetcode/test/test
0047c000-004a2000 r--p 0007c000 103:06 14811163 /home/user/.leetcode/test/test
004a2000-004a7000 r--p 000a1000 103:06 14811163 /home/user/.leetcode/test/test
004a7000-004a9000 rw-p 000a6000 103:06 14811163 /home/user/.leetcode/test/test
004a9000-004af000 rw-p 00000000 00:00 0
12047000-12069000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
70381afb7000-70381afbb000 r--p 00000000 00:00 0 [vvar]
70381afbb000-70381afbd000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
7fff43702000-7fff43723000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
ffffffffff600000-ffffffffff601000 --xp 00000000 00:00 0 [vsyscall]栈：用于函数调用
堆：用于程序运行时动态分配内存
虚拟内存区域（VMA，virtual memmory area）：linux中进程虚拟空间中的一个段，在windows中将这个叫做虚拟段（virtual section）