【王爽老师汇编语言】os和计组必备前置知识-学习记录2

发布时间:2023年12月28日

1. 应用程序的组成

  1. 从汇编语言角度,一个程序分为:

数据段
堆栈段
代码段
扩展段

  1. 应用程序从高级语言的角度比如C语言分段:
    数据段
    代码段
    BSS段
    栈、堆

我们可以看到一个可执行程序至少包含:代码段+数据段+BBS段
一般情况下,一个可执行二进制程序(在 linux 下为一个进程单元),在存储时(没有加载到内存运行),至少拥有三个部分,分别是代码段(text)、数据段(data)、和BSS 段。

这三个部分一起组成了可执行程序(可能还有其他的段,和平台相关)

当应用程序运行时(运行态),此时需要另外两个域:堆和栈。正在运行的程序:代码段 + 数据段 + BSS 段 + 堆 + 栈。

应用程序存储态和运行态

如图所示为可执行应用程序存储态和运行态的结构对照图。一个正在运行的 C 程序占用的内存区域分为代码段、数据段(初始化数据)、BSS 段(未初始化数据)、堆和栈 5 部分
在这里插入图片描述

3 各段说明

3.1 代码段
代码段在内存中被映射为只读。它是由编译器在编译链接时自动计算的。通常是用来存放程序执行的指令。代码段输入静态内存分配。

3.2 数据段
通常用来存放程序中已初始化的(非 0)全局变量和静态局部变量。数据段的起始位置由链接定位文件确认,大小在编译链接时自动分配。数据段属于静态内存分配

3.3 BSS 段
bss 是英文 Block by Symbol 的简称。通常用来存放程序中未初始化和初始化为 0的全局变量的一块内存区域,在程序载入时由内核清零。数据段属于静态内存分配

3.4 堆
堆保存函数内部动态分配(malloc 或 new)的内存,是另外一种用来保存程序信息的数据结构。

堆是先进先出(FIFO)数据结构。堆的地址空间是向上增加,即当堆上保存的数据越多,堆的地址越高。动态内存分配

注意:堆内存需要程序员手动管理内存,通常适用于较大的内存分配,如频繁的分配较小的内存,容易导致内存碎片化。

3.5 栈
栈保存函数的局部变量(不包括 static 修饰的变量),参数以及返回值。是一种后进先出(LIFO)的数据结构。

在调用函数或过程后,系统会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其他信息。

栈的另外一个重要特征是,它的地址空间 向下减少,即当栈上保存的数据越多,栈的地址越低。静态内存分配

注意,由于栈的空间通常比较小,一般 linux 程序只有几 M,故局部变量,函数入参应该避免出现超大栈内存使用,比如超大结构体,数组等,避免出现 stack overflow

4.补充

一般情况,一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个段组成——这是计算机程序设计中重要的基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。

在采用段式内存管理的架构中(比如intel的80x86系统),bss段(Block Started by Symbol segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域,一般在初始化时bss 段部分将会清零(bss段属于静态内存分配,即程序一开始就将其清零了)。

比如,在C语言程序编译完成之后,已初始化的全局变量保存在.data 段中,未初始化的全局变量保存在.bss 段中。

text段: 用于存放程序代码的区域, 编译时确定, 只读。更进一步讲是存放处理器的机器指令,当各个源文件单独编译之后生成目标文件,经连接器链接各个目标文件并解决各个源文件之间函数的引用,与此同时,还得将所有目标文件中的.text段合在一起,但不是简单的将它们“堆”在一起就完事,还需要处理各个段之间的函数引用问题。

在嵌入式系统中,如果处理器是带MMU(MemoryManagement Unit,内存管理单元),那么当我们的可执行程序被加载到内存以后,通常都会将.text段所在的内存空间设置为只读,以保护.text中的代码不会被意外的改写(比如在程序出错时)。当然,如果没有MMU就无法获得这种代码保护功能。

data段 :用于存放在编译阶段(而非运行时)就能确定的数据,可读可写。也是通常所说的静态存储区,赋了初值的全局变量、常量和静态变量都存放在这个域。

而bss段不在可执行文件中,由系统初始化。

关于data和bss段更详细的区别我们不妨用下面2段小程序说明一下

程序1:

int ar[30000];

void main()

{

}

程序2:

int ar[300000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6 };

void main()

{

}

发现程序2编译之后所得的可执行文件比程序1大得多。

为什么?

区别很明显,程序1位于bss段,程序2位于data段,两者的区别在于:

全局的未初始化变量存在于bss段中,具体体现为一个占位符,全局的已初始化变量存于data段中,而函数内的自动变量都在栈上分配空间。

bss不占用可执行文件空间,其内容由操作系统初始化(清零),裸机程序需要自行手动清零。

而data段则需要占用可执行文件空间,其内容由程序初始化,因此造成了上述情况。

注意:

bss段(未手动初始化的数据)并不给该段的数据分配空间,只是记录数据所需空间的大小。

data段(已手动初始化的数据)为数据分配空间,数据保存在目标文件中。

data段包含经过初始化的全局变量以及它们的值。

BSS段的大小从可执行文件中得到,然后链接器得到这个大小的内存块,紧跟在数据段后面。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零,包含data和bss段的整个区段此时通常称为数据区。

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_40293999/article/details/135271958
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