4.1 程序在内存中的布局

前言

:dog:“有个小朋友问我，程序在系统中的布局是什么样的？今天我们来看看......”

准备这一篇介绍，是为了介绍缓冲区溢出攻击。

正文内容，翻译：Memory Layout of C Programs

我不清楚，现在程序被加载进入内存的布局是不是这样了。

我也没有查看网上是不是有详细内容的文章。先翻译着。

我目前只用到栈(栈帧)，暂时以这篇文章介绍的内容为准。栈帧的内容，我在下一篇文章中用gdb调试的方式展示。

这篇文章的另一背景是虚拟内存，它可以帮助我们更好的理解。

注：堆栈指栈，堆指堆。

c 程序的内存布局

C程序的典型内存表示由以下部分组成：

Text segment
Initialized data segment
Uninitialized data segment
Stack
Heap

A typical memory layout of a running process

1. Text Segment

Text Segment，也称为代码段或简称为文本，是目标文件或内存中程序的一部分，其中包含可执行指令。

作为内存区域，文本段放置在堆或栈下方，以防止堆和栈溢出覆盖它。

通常，文本段是可共享的，因此对于经常执行的程序(如文本编辑器、C编译器、shell等等)，只需要在内存中保存一个副本。此外，文本段通常是只读的，以防止程序意外地修改其指令。

2. Initialized Data Segment

Initialized Data Segment，通常简称为数据段。数据段是程序虚拟地址空间的一部分，它包含程序员初始化的全局变量和静态变量。

注意，数据段不是只读的，因为变量的值可以在运行时更改。

这个段可以进一步划分为初始化的只读区域和初始化的读写区域。

例如，在C中由char s [] =“ hello world”定义的全局字符串以及在main（即global）外部的int debug = 1之类的C语句将存储在初始化的读写区域中。像const char * string =“ hello world”这样的全局C语句使字符串文字“ hello world”存储在初始化的只读区域中，而字符指针变量string串存储在初始化的读写区域中。

例如：static int i = 10将存储在数据段中，而全局int i = 10也将存储在数据段中

3. Uninitialized Data Segment

Uninitialized Data Segment，通常称为“ bss”段，以古老的汇编程序运算符命名，其代表“block started by symbol.” (译者：我不知道这个古老的汇编运算符是个啥)。 在程序开始执行之前，内核将该段中的数据初始化为算术0。

程序中未初始化全局变量和静态变量，从数据段的末尾开始，这些变量被初始化为零。

例如，一个变量声明static int i; ，它将包含在BSS段中。

例如，一个声明为int j的全局变量，将包含在BSS段中。

4. Stack

传统上，栈区域与堆区域邻接，并且朝相反的方向生长；当栈指针遇到堆指针时，可用内存就用完了。（借助现代的大型地址空间和虚拟内存技术，它们可以放置在几乎任何地方，但它们通常仍会朝相反的方向生长。

栈区域包含程序栈（一种LIFO结构），通常位于内存的较高部分。在标准PC x86计算机体系结构上，它向地址0增长；在其他一些架构上，它却朝着相反的方向发展。一个“栈指针”寄存器跟踪栈的顶部。每次将值“推入”堆栈时都会对其进行调整。 为一个函数调用压入的一组值称为“堆栈帧”(stack frame)； 堆栈帧至少包含一个返回地址。（可以包含多个返回地址呢？）

栈，用于存储局部变量，以及每次调用函数时保存的信息。每次调用函数时，返回位置的地址和有关调用者环境的某些信息（例如某些机器寄存器）都保存在堆栈中。然后，新调用的函数在堆栈上为其自动和临时变量分配空间。这是C中的递归函数的工作方式。每次递归函数调用自身时，都会使用一个新的stack frame，因此一组变量不会干扰该函数另一个实例的变量。

5. Heap

(Heap)堆是动态内存分配通常发生的地方。

堆区域从BSS段的末尾开始，并从那里扩展到更大的地址。堆区域由malloc，realloc和free管理，它们可以使用brk和sbrk系统调用来调整其大小。 堆区域由进程中的所有共享库和动态加载的模块共享。（关于共享库映射空间，我不清楚）

examples

译者：size命令的使用：Linux size命令和C程序的存储空间布局

尝试下简单的C程序

#include <stdio.h> 
int main(void) { 
    return 0; 
}

[narendra@CentOS]$ gcc memory-layout.c -o memory-layout
[narendra@CentOS]$ size memory-layout
text       data        bss        dec        hex    filename
960        248          8       1216        4c0    memory-layout

添加一个全局变量，检查bss的大小

#include <stdio.h> 
/*译者：如果增加一个没有变化，增加两个试试*/
int global; /* Uninitialized variable stored in bss*/
int main(void) { 
    return 0; 
}

[narendra@CentOS]$ gcc memory-layout.c -o memory-layout
[narendra@CentOS]$ size memory-layout
text       data        bss        dec        hex    filename
 960        248         12       1220        4c4    memory-layout

让我们添加一个静态变量，该变量也存储在bss中

#include <stdio.h> 
int global; /* Uninitialized variable stored in bss*/
int main(void) { 
    static int i; /* Uninitialized static variable stored in bss */
    return 0; 
}

[narendra@CentOS]$ gcc memory-layout.c -o memory-layout
[narendra@CentOS]$ size memory-layout
text       data        bss        dec        hex    filename
 960        248         16       1224        4c8    memory-layout

让我们初始化静态变量，它将存储在数据段（DS）中

#include <stdio.h> 
int global; /* Uninitialized variable stored in bss*/
int main(void) { 
    static int i = 100; /* Initialized static variable stored in DS*/
    return 0; 
}

[narendra@CentOS]$ gcc memory-layout.c -o memory-layout
[narendra@CentOS]$ size memory-layout
text       data        bss        dec        hex    filename
960         252         12       1224        4c8    memory-layout

让我们初始化全局变量，它将存储在数据段(DS)中

#include <stdio.h> 
int global = 10; /* initialized global variable stored in DS*/
int main(void) { 
    static int i = 100; /* Initialized static variable stored in DS*/
    return 0; 
}

[narendra@CentOS]$ gcc memory-layout.c -o memory-layout
[narendra@CentOS]$ size memory-layout
text       data        bss        dec        hex    filename
960         256          8       1224        4c8    memory-layout

本文由Narendra Kangralkar编写。如果你发现任何不正确的地方，请写评论，或者你想分享更多关于上面讨论的话题的信息。

Source: http://en.wikipedia.org/wiki/Data_segment http://en.wikipedia.org/wiki/Code_segment http://en.wikipedia.org/wiki/.bss http://www.amazon.com/Advanced-Programming-UNIX-Environment-2nd/dp/0201433079

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