一、Linux可執(zhí)行文件結(jié)構(gòu)

　　在 Linux 下，程序是一個(gè)普通的可執(zhí)行文件，以下列出一個(gè)二進(jìn)制可執(zhí)行文件的基本情況：

　　可以看出，此可執(zhí)行文件在存儲(chǔ)時(shí)(沒有調(diào)入到內(nèi)容)分為代碼區(qū)(text)、數(shù)據(jù)區(qū)(data)和未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(bss)3 個(gè)部分。各段基本內(nèi)容說明如下：

　　代碼區(qū)：

　　存放 CPU 執(zhí)行的機(jī)器指令。通常代碼區(qū)是可共享的(即另外的執(zhí)行程序可以調(diào)用它)，使其可共享的目的是對(duì)于頻繁被執(zhí)行的程序，只需要在內(nèi)存中有一份代碼即可。代碼區(qū)通常是只讀的，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代碼區(qū)還規(guī)劃了局部變量的相關(guān)信息。

　　代碼區(qū)的指令包括操作碼和操作對(duì)象(或?qū)ο蟮刂芬?。如果是立即數(shù)(即是具體的數(shù)值)，將直接包含在代碼中，如果是局部數(shù)據(jù)，將在運(yùn)行時(shí)在棧區(qū)分配空間，然后再引用該數(shù)據(jù)的地址，如果是未初始化數(shù)據(jù)區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，在代碼中同樣將引用該數(shù)據(jù)的地址。

　　全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)(數(shù)據(jù)段)：

　　該區(qū)包含了在程序中明確被初始化的全局變量、已經(jīng)初始化的靜態(tài)變量(包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量)和常量數(shù)據(jù)(如字符串常量)。

　　例如，一個(gè)不在任何函數(shù)內(nèi)聲明(全局變量)，如下：

　　int count = 100;

　　使得變量 count 根據(jù)其初始值被存儲(chǔ)初始化數(shù)據(jù)區(qū)中。

　　在任意位置定義靜態(tài)變量方式如下：

　　static int num = 200;

　　這聲明了一個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)并初始化，如果在任意函數(shù)體外聲明，則表示其為一個(gè)靜態(tài)全局變量，如果在函數(shù)體內(nèi)(局部)，則表示其為一個(gè)局部靜態(tài)變量。另外，如果在一個(gè)函數(shù)名前加上 static，則表示此函數(shù)只能再當(dāng)前文件中被調(diào)用。

　　未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(又叫 BSS 區(qū))：

　　存入的是全局未初始化變量和未初始化靜態(tài)變量。未初始化數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)在程序開始執(zhí)行之前被內(nèi)核初始化為 0 或者空(NULL)。

　　例如，一個(gè)不在任何函數(shù)內(nèi)聲明的未初始化變量。

　　long sum[1000];

　　將 sum 存儲(chǔ)到未初始化數(shù)據(jù)

　　二、Linux進(jìn)程結(jié)構(gòu)

　　在 Linux 系統(tǒng)下，如果將某個(gè)可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存運(yùn)行，則將演變成一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程(多個(gè)進(jìn)程的原因是進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)可以再創(chuàng)建新的進(jìn)程，但加載時(shí)只有一個(gè)進(jìn)程)。進(jìn)程是 Linux 事務(wù)管理的基本單元，所有的進(jìn)程均擁有自己獨(dú)立的處理環(huán)境和系統(tǒng)資源。進(jìn)程的環(huán)境由當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)及其父進(jìn)程信息決定和組成的。

　　下圖為可執(zhí)行文件存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和 Linux 進(jìn)程基本結(jié)構(gòu)(部分)的對(duì)照?qǐng)D。

　　一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)運(yùn)行著的程序段，一個(gè)進(jìn)程主要包括在內(nèi)存中申請(qǐng)的空間，代碼(加載的程序，包括代碼段，數(shù)據(jù)段，BSS)，堆，棧，以及內(nèi)核提供的內(nèi)核進(jìn)程信息結(jié)構(gòu)體task_struct (位置在 /usr/include/linux/sched.h)、打開的文件、上下文(指進(jìn)程執(zhí)行活動(dòng)全過程的靜態(tài)描述)信息以及掛起的信號(hào)等。

　　(1)代碼區(qū)(text segment)。加載的是可執(zhí)行文件代碼段，其加載到內(nèi)存中的位置由加載器完成。

　　(2)全局初始化數(shù)據(jù)區(qū)/靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)(Data Segment)。加載的是可執(zhí)行文件數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)段(全局初始化，靜態(tài)初始化數(shù)據(jù))的數(shù)據(jù)的生存周期為整個(gè)程序運(yùn)行過程。

　　(3)未初始化數(shù)據(jù)區(qū)(BSS)。加載的是可執(zhí)行文件BSS段，位置可以分開亦可以緊靠數(shù)據(jù)段，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)(全局未初始化，靜態(tài)未初始化數(shù)據(jù))的生存周期為整個(gè)程序運(yùn)行過程。

　　(4)棧區(qū)(stack)。由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值、返回值、局部變量等。在程序運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)加載和釋放，因此，局部變量的生存周期為申請(qǐng)到釋放該段?？臻g。

　　(5)堆區(qū)(heap)。用于動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。堆在內(nèi)存中位于BSS區(qū)和棧區(qū)之間。一般由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)有可能由OS回收。

　　系統(tǒng)之所以分成這么多個(gè)區(qū)域，主要基于以下考慮：

　　代碼段和數(shù)據(jù)段分開，運(yùn)行時(shí)便于分開加載，在哈佛體系結(jié)構(gòu)的處理器將取得更好得流水線效率。

　　代碼時(shí)依次執(zhí)行的，是由處理器 PC 指針依次讀入，而且代碼可以被多個(gè)程序共享，數(shù)據(jù)在整個(gè)運(yùn)行過程中有可能多次被調(diào)用，如果將代碼和數(shù)據(jù)混合在一起將造成空間的浪費(fèi)。

　　臨時(shí)數(shù)據(jù)以及需要再次使用的代碼在運(yùn)行時(shí)放入棧中，生命周期短，便于提高資源利用率。

　　堆區(qū)可以由程序員分配和釋放，以便用戶自由分配，提高程序的靈活性。

　　三、各存儲(chǔ)類型比較