【内存寻址】请问每个进程的线性空间是独立的吗还是系统中所有的进程共享一个线性空间?
关于进程的内存寻址，这是一个非常核心的操作系统概念，也是理解进程隔离和资源管理的关键。简单来说，每个进程拥有自己独立的线性地址空间，这就像每个人都有自己独立的房间一样，互相之间并不直接干涉。系统中所有的进程并不共享一个统一的、全局的线性空间。
下面我们来详细聊聊这个话题，去掉那些“机器味儿”的说法，就当是咱们平常聊天一样：
为什么需要独立的内存空间？
想象一下，如果所有程序都挤在一个大澡堂里，共用同一个“地址簿”。那么，当你在浏览网页时，某个正在下载的大文件可能会不小心覆盖掉你正在编辑的文档数据，或者一个游戏崩溃了，可能会把你在写日记的内容搞丢。这简直是灾难！
独立内存空间的首要目的，就是隔离。每个进程就像在一个独立的“沙盒”里运行，它只能看到和操作自己的那块内存区域。即使两个进程都在使用同一个变量名，比如都叫 `count`，在它们各自的线性空间里，那其实是两个完全不同的 `count` 变量，互不影响。
什么是线性地址空间？
我们常说的“内存地址”，其实更准确的说法是“线性地址”或者“虚拟地址”。你可以把它理解成一个从0开始连续编号的地址列表，就像一条长长的街道。这个街道上的每一个位置，都可以用来存放数据或指令。
但重要的是，这个“街道”并不是真实的物理内存条的地址。操作系统通过一个叫做内存管理单元（MMU）的硬件设备，以及操作系统内核中的页表（Page Table）等数据结构，将进程看到的这些线性地址，翻译成实际的、物理内存中的地址。
每个进程的线性空间是怎样的？
每个进程的线性地址空间通常都被设计成一个较大的、连续的区域。这个区域通常包含了几个主要的部分：
1. 代码段（Code Segment/Text Segment）： 存放程序的执行指令。
2. 数据段（Data Segment）： 存放全局变量和静态变量。
3. 堆（Heap）： 动态分配内存的地方，比如你用 `malloc` 或 `new` 申请的内存。这块区域通常是从低地址向高地址增长。
4. 栈（Stack）： 存放函数调用的信息（比如返回地址、局部变量）和参数。这块区域通常是从高地址向低地址增长。
关键点：为什么它们是独立的？
关键在于操作系统如何管理和映射这些线性地址到物理地址。
页表： 对于每个进程，操作系统都会维护一个独立的页表。这个页表就像一本翻译字典，它记录着进程的每一个“页面”（内存通常被分成固定大小的块，称为页）对应的实际物理内存中的位置。
MMU的查找： 当CPU要访问某个线性地址时，它会通过MMU去查找这个进程的页表。如果这个线性地址对应的页在物理内存中，MMU就能找到它对应的物理地址，然后CPU就能访问到真正的内存了。
隔离的实现： 如果一个进程试图访问它不属于的线性地址空间，或者访问一个它没有权限的页面，MMU就会发出一个“页错误”（Page Fault）信号，通常会导致该进程被操作系统终止。这就像你试图闯进别人的房子，保安（MMU）会立刻把你拦下来。
举个例子：
假设有两个进程，进程A和进程B，它们都在使用一个变量叫做 `my_value`。
在进程A的线性空间里，`my_value` 可能被映射到线性地址 `0x1000`。操作系统可能为进程A的页表设置，使得线性地址 `0x1000` 对应物理内存的地址 `0x5000`。
在进程B的线性空间里，`my_value` 也可能被映射到线性地址 `0x1000`。但是，操作系统为进程B的页表设置，使得进程B的线性地址 `0x1000` 对应的是物理内存的地址 `0xA000`。
你看，即使它们都用同一个名字 `my_value`，而且都在它们各自的线性空间里地址都是 `0x1000`，但它们实际访问的是物理内存中完全不同的位置。这就是进程隔离的威力。
总结一下，不是共享一个大空间，而是每个进程都有自己的“地图”
与其说所有的进程共享一个线性空间，不如说每个进程都有一个自己独立的“线性地址地图”，而操作系统和MMU是负责根据这个地图，将进程看到的“虚拟街道”准确地指引到真实的“物理土地”上。
这种设计带来了巨大的好处：
安全性： 防止一个进程破坏另一个进程的数据或代码。
稳定性： 一个进程的崩溃不会影响到其他进程。
灵活性： 操作系统可以更灵活地管理物理内存，比如将一个进程的内存分散存放在物理内存的不同位置，而进程本身却感觉不到这种分散。
共享的实现（通过映射）： 虽然进程的线性空间是独立的，但如果需要，操作系统也可以通过特殊的机制（比如共享内存或文件映射），将同一个物理内存区域映射到不同进程的线性地址空间中，从而实现进程间的数据共享。但这是一种有意的、受控的共享，而不是默认的全局共享。
所以，请放心地认为，你正在运行的每一个程序，都有自己专属的、独立的那一片虚拟内存天地。这才是现代操作系统能够稳定、安全运行的基石之一。
下面我们来详细聊聊这个话题，去掉那些“机器味儿”的说法，就当是咱们平常聊天一样：
为什么需要独立的内存空间？
想象一下，如果所有程序都挤在一个大澡堂里，共用同一个“地址簿”。那么，当你在浏览网页时，某个正在下载的大文件可能会不小心覆盖掉你正在编辑的文档数据，或者一个游戏崩溃了，可能会把你在写日记的内容搞丢。这简直是灾难！
独立内存空间的首要目的，就是隔离。每个进程就像在一个独立的“沙盒”里运行，它只能看到和操作自己的那块内存区域。即使两个进程都在使用同一个变量名，比如都叫 `count`，在它们各自的线性空间里，那其实是两个完全不同的 `count` 变量，互不影响。
什么是线性地址空间？
我们常说的“内存地址”，其实更准确的说法是“线性地址”或者“虚拟地址”。你可以把它理解成一个从0开始连续编号的地址列表，就像一条长长的街道。这个街道上的每一个位置，都可以用来存放数据或指令。
但重要的是，这个“街道”并不是真实的物理内存条的地址。操作系统通过一个叫做内存管理单元（MMU）的硬件设备，以及操作系统内核中的页表（Page Table）等数据结构，将进程看到的这些线性地址，翻译成实际的、物理内存中的地址。
每个进程的线性空间是怎样的？
每个进程的线性地址空间通常都被设计成一个较大的、连续的区域。这个区域通常包含了几个主要的部分：
1. 代码段（Code Segment/Text Segment）： 存放程序的执行指令。
2. 数据段（Data Segment）： 存放全局变量和静态变量。
3. 堆（Heap）： 动态分配内存的地方，比如你用 `malloc` 或 `new` 申请的内存。这块区域通常是从低地址向高地址增长。
4. 栈（Stack）： 存放函数调用的信息（比如返回地址、局部变量）和参数。这块区域通常是从高地址向低地址增长。
关键点：为什么它们是独立的？
关键在于操作系统如何管理和映射这些线性地址到物理地址。
页表： 对于每个进程，操作系统都会维护一个独立的页表。这个页表就像一本翻译字典，它记录着进程的每一个“页面”（内存通常被分成固定大小的块，称为页）对应的实际物理内存中的位置。
MMU的查找： 当CPU要访问某个线性地址时，它会通过MMU去查找这个进程的页表。如果这个线性地址对应的页在物理内存中，MMU就能找到它对应的物理地址，然后CPU就能访问到真正的内存了。
隔离的实现： 如果一个进程试图访问它不属于的线性地址空间，或者访问一个它没有权限的页面，MMU就会发出一个“页错误”（Page Fault）信号，通常会导致该进程被操作系统终止。这就像你试图闯进别人的房子，保安（MMU）会立刻把你拦下来。
举个例子：
假设有两个进程，进程A和进程B，它们都在使用一个变量叫做 `my_value`。
在进程A的线性空间里，`my_value` 可能被映射到线性地址 `0x1000`。操作系统可能为进程A的页表设置，使得线性地址 `0x1000` 对应物理内存的地址 `0x5000`。
在进程B的线性空间里，`my_value` 也可能被映射到线性地址 `0x1000`。但是，操作系统为进程B的页表设置，使得进程B的线性地址 `0x1000` 对应的是物理内存的地址 `0xA000`。
你看，即使它们都用同一个名字 `my_value`，而且都在它们各自的线性空间里地址都是 `0x1000`，但它们实际访问的是物理内存中完全不同的位置。这就是进程隔离的威力。
总结一下，不是共享一个大空间，而是每个进程都有自己的“地图”
与其说所有的进程共享一个线性空间，不如说每个进程都有一个自己独立的“线性地址地图”，而操作系统和MMU是负责根据这个地图，将进程看到的“虚拟街道”准确地指引到真实的“物理土地”上。
这种设计带来了巨大的好处：
安全性： 防止一个进程破坏另一个进程的数据或代码。
稳定性： 一个进程的崩溃不会影响到其他进程。
灵活性： 操作系统可以更灵活地管理物理内存，比如将一个进程的内存分散存放在物理内存的不同位置，而进程本身却感觉不到这种分散。
共享的实现（通过映射）： 虽然进程的线性空间是独立的，但如果需要，操作系统也可以通过特殊的机制（比如共享内存或文件映射），将同一个物理内存区域映射到不同进程的线性地址空间中，从而实现进程间的数据共享。但这是一种有意的、受控的共享，而不是默认的全局共享。
所以，请放心地认为，你正在运行的每一个程序，都有自己专属的、独立的那一片虚拟内存天地。这才是现代操作系统能够稳定、安全运行的基石之一。
网友意见
了解概况请先搜索4G平坦内存模型的含义。
在保护模式下，段的意义被弱化了，可以理解为所有段地址都是重叠的，指向一个相同（32位下4G）的地址空间。
每个进程的线性地址空间都是一样大小的，并且在主流的操作系统（Windows，Linux）中，内核部分是重叠的，甚至很多共享库（so，dll库）在用户态也是重叠的。这个重叠指的是物理地址重叠、虚拟地址重叠，这样做的好处是节约物理内存。
线性地址实际上不存在分配一说，线性地址并不需要分配。线性地址指向的物理地址才需要分配，这个分配的过程一般都是动态加载的，当然也可以一次性分配，看操作系统的策略，不同操作系统的处理方式不一定相同。
页表是在进程地址空间创建的过程中由操作系统一次性分配完成的，但页表中并不是所有条目都指向实际的物理内存。
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