Linux从头学：如何告诉 CPU，代码段、数据段、栈段在内存中什么位置？

Linux从头学：怎样告诉 CPU，代码段、数据段、栈段在内存中什么位置？

在操作系统中，程序的执行需要将代码段、数据段和栈段加载到内存中。这些段在内存中的位置对于CPU来说至关重要，考虑到CPU需要知道从哪里读取指令和数据。在Linux系统中，这一过程是通过程序链接和加载机制来实现的。以下是怎样告诉CPU代码段、数据段、栈段在内存中位置的详细过程。

### 1. 代码段（Code Segment）

代码段是程序中包含指令的部分。在Linux系统中，代码段通常位于可执行文件的.text部分。当程序被加载到内存时，操作系统会确保.text部分的代码被放置在内存中一个连续的地址空间。

#### 1.1 代码段的地址

代码段的地址通常由链接器确定。链接器在链接可执行文件时，会按照程序的依存关系和地址空间布局选择器（Address Space Layout Randomization, ASLR）来决定代码段的起始地址。

#### 1.2 代码段的加载

当程序启动时，操作系统会按照程序头表（Program Header Table, PHT）中的信息来加载代码段。程序头表包含了涉及每个段的信息，如段的大小、偏移量、加载地址等。

c

struct program_header {

Elf32_Word p_type; /* 段类型 */

Elf32_Off p_offset; /* 段偏移 */

Elf32_Addr p_vaddr; /* 段虚拟地址 */

Elf32_Addr p_paddr; /* 段物理地址 */

Elf32_Word p_filesz; /* 段文件大小 */

Elf32_Word p_memsz; /* 段内存大小 */

Elf32_Word p_flags; /* 段标志 */

Elf32_Word p_align; /* 段对齐方法 */

};

操作系统使用程序头表中的p_vaddr字段来确定代码段在内存中的虚拟地址。

### 2. 数据段（Data Segment）

数据段包含程序的全局变量和静态变量。在Linux系统中，数据段通常位于可执行文件的.data部分。

#### 2.1 数据段的地址

与代码段类似，数据段的地址也由链接器确定。链接器在链接时，会按照数据段的大小和位置来决定其虚拟地址。

#### 2.2 数据段的加载

当程序启动时，操作系统会按照程序头表中的信息来加载数据段。数据段通常在代码段之后加载，并确保其虚拟地址连续。

### 3. 栈段（Stack Segment）

栈段用于存储局部变量、函数参数和返回地址等。在Linux系统中，栈段通常位于可执行文件的.bss部分。

#### 3.1 栈段的地址

栈段的地址通常由操作系统在程序启动时动态分配。在大多数现代操作系统中，栈段位于程序的虚拟地址空间的顶部，并随着程序的执行而增长。

#### 3.2 栈段的加载

当程序启动时，操作系统会为栈段分配一个初始大小，并将其虚拟地址设置为当前虚拟地址空间的顶部。随着程序的执行，栈段会按照需要向上增长。

### 4. 代码示例

以下是一个简洁的C程序，展示了怎样使用程序头表来获取代码段、数据段和栈段的地址。

c

#include

#include

#include

int main() {

Elf32_Ehdr eh;

Elf32_Phdr *ph;

// 打开可执行文件

FILE *fp = fopen("test", "r");

if (!fp) {

perror("fopen");

return 1;

}

// 读取程序头表

fread(&eh, sizeof(Elf32_Ehdr), 1, fp);

ph = malloc(eh.e_phentsize * eh.e_phnum);

fread(ph, eh.e_phentsize, eh.e_phnum, fp);

// 获取代码段地址

for (int i = 0; i < eh.e_phnum; i++) {

if (ph[i].p_type == PT_LOAD) {

printf("代码段虚拟地址: %p ", (void *)ph[i].p_vaddr);

break;

}

}

// 获取数据段地址

for (int i = 0; i < eh.e_phnum; i++) {

if (ph[i].p_type == PT_DATA) {

printf("数据段虚拟地址: %p ", (void *)ph[i].p_vaddr);

break;

}

}

// 获取栈段地址

printf("栈段虚拟地址: %p ", (void *)get

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