操作系统B-上机实验-内存

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1、实验三 Linux 内存实验一、 实验内容A. 使用命令实现反汇编，查看目标文件虚拟地址；B. 使用free命令实现内存查看；C. 实现example.c查看用户进程空间地址分布。 二、 实验目的理解内存虚拟地址概念，掌握查看系统内存使用情况，理解用户进程空间的地址分布。三、 实验环境登陆Linux虚拟机，进入Linux shell， 提示符为 $，表示普通用户提示符。四、 实验题目本次实验，需在在以用户名为名字的目录下创建“labmemory”目录，在该目录下实现A、B、C三题。A 【题目】使用objdump -d命令实现hello.o的反汇编【要求】1、使用命令gcc -c hello.c

2、实现对hello.c的编译（注：-c 只实现编译不链接），形成hello.o目标代码。 使用objdump -d hello.o命令实现对hello.o的反汇编，并回答相应问题。【问题】（1）hello.o文件的地址是虚地址还是物理实地址？虚地址（2）hello.o文件大小为多少？ 1K（3）hello.o文件包含几条机器指令？ 8（4）hello.o文件中第四条机器指令的地址是多少？ 62、使用gcc hello.c o hello实现对hello.c的编译和链接，objdump -d hello命令实现对hello的反汇编，并回答相应问题。【问题】（1）hello文件的地址是虚地址还是物理

3、实地址？ 物理实地址（2）hello文件大小为多少？ 7195B（3）hello文件中第四条机器指令的地址是多少？ 80482b9（4）编译形成的hello.o与编译和链接形成的hello文件谁大谁小？为什么？ hello文件大,因为其链接进去了一些库函数。B 【题目】实现example.c查看用户进程空间地址分布【要求】基于预备知识的基础上，创建example.c文件，对文件的执行结果加以说明，并回答相应问题。【预备知识】1、虚拟内存线性空间在32位平台上为4 GB的固定大小，也就是Linux的虚拟地址空间也这么大。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节（从虚地址0xC0

4、000000到0xFFFFFFFF）供内核使用，称为“内核空间”。而较低的3G字节（从虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF），供各个进程使用，称为“用户空间”。用户进程通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址，不能访问内核空间。例外情况是用户进程通过系统调用访问内核空间。因为每个进程可以通过系统调用进入内核，因此，Linux内核空间由系统内的所有进程共享。于是，从具体进程的角度来看，每个进程可以拥有4G字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存) 。每个进程有各自的私有用户空间（03G），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB内核空间则为所有进程以及内核所共享。用户空间对应进程，所以

5、每当进程切换，用户空间就会跟着变化。每个进程的用户空间都是完全独立，互不相干的。把同一个程序同时运行10次，会看到10个进程使用的线性地址一摸一样。创建进程fork( )，程序载入execve( )，动态内存分配malloc( )等进程相关操作都需要分配内存给进程。这时进程申请和获得的不是物理地址，仅仅是虚拟地址。实际的物理内存只有当进程真的去访问新获取的虚拟地址时，才会由请页机制产生缺页异常，从而进入分配实际页框的程序。该异常是虚拟内存机制赖以存在的基本保证-它会告诉内核去为进程分配物理页，并建立对应的页表，这之后虚拟地址才实实在在的映射到了物理地址上。在应用程序中，常用malloc函数进行

6、动态内存分配，而在linux内核中，通常使用kmalloc来动态分配内存。进程虚拟地址空间物理地址与虚拟地址之间的位移量就是3GB（0xC0000000） ，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。对于内核空间而言，给定一个虚地址x，其物理地址为“x- PAGE_OFFSET”，给定一个物理地址x，其虚地址为“x+ PAGE_OFFSET”。这里再次说明， 这种映射关系只适应于内核空间，而用户空间的地址映射要复杂得多，它是通过分页机制完成的。2、进程的用户空间管理每个进程经编译、链接后形成的二进制映像文件有一个代码段和数据段 ，进程运行时须有独占的堆栈空间。进程的内存映像是指内核在内存

7、中如何存放可执行程序文件。在将程序转化为进程的过程中，操作系统将可执行程序由硬盘复制到内存中。从内存的低地址到高地址依次如下图所示。由下图可以看出，栈段安排在用户空间的顶部，运行时由顶向下延伸；代码段和数据段则在低部，运行时并不向上延伸，大小固定。从数据段的顶部到栈段地址的下沿这个区间是一个巨大的空洞，这就是进程在运行时调用malloc( )或new( )可以动态分配的空间，也叫动态内存或堆。l 代码段：即二进制机器代码，代码段是只读的，可被多个进程共享。如一个进程创建了一个子进程，父子进程共享代码段，此外子进程还获得父进程数据段、堆、栈的复制。l 数据段：存储已被初始化的变量，包括全局变量和

8、已被初始化的静态变量。l 未初始化数据段：存储未被初始化的静态变量，它也被称为BSS段。l 堆：用于存放程序运行中动态分配的变量。l 栈：用于函数调用，保存函数的返回地址、函数的参数、函数内部定义的局部变量。另外，高地址还存储了命令行参数和环境变量。可执行程序和内存映像的区别在于：可执行程序位于磁盘中而内存映像位于内存中：可执行程序没有堆栈，因为程序被加载到内存中才会分配堆栈；可执行程序是静态的、不变的，而内存映像随着程序的执行是在动态变化的，例如：数据段随着程序的执行要存储新的变量值，栈在函数调用时也是不断变化中。栈堆BSS数据段代码段低地址dataheapstacktext高地址 进程用户

9、空间的划分 example.c 源代码#include#include#nclude#include#includeint bss_var;int data_var0=1;int main(int agrc,char * argv) printf(below are addresses of types of processmemn); printf(text location:n); printf(taddress of main(code segment):%pn,main); printf(_n); int stack_var0=2; printf(stack location:n);

10、printf(tinitial end of stack:%pn,&stack_var0); int stack_var1=3; printf(tnew end of stack:%pn,&stack_var1); printf(_n); printf(data location:n); printf(taddress of data_var(data segment):%pn,&data_var0); static int data_var1=4; printf(tnew end of data_var(data segment):%pn,&data_var1); printf(_n); p

11、rintf(bss location:n); printf(taddrss of bss_var:%pn,&bss_var); printf(_n); char *b=sbrk(ptrdiff_t)0); printf(heap location:n); printf(tinitial end of heap:%pn,b); brk(b+4); b=sbrk(ptrdiff_t)0); printf(tnew end of heap:%pn,b); return 0; 【问题】1、给出example.c程序运行的结果？below are addresses of types of proces

12、smem text location: address of main(code segment):0x8048464 _ stack location: initial end of stack:0xbfa18064 new end of stack:0xbfa18068 _ data location: address of data_var(data segment):0x804a020 new end of data_var(data segment):0x804a024 _ bss location: addrss of bss_var:0x804a030 _ heap location: initial end of heap:0x9c6a000 new end of heap:0x9c6a004 2、int 类型占用几个B? 4B3、栈的增长方向是什么？堆的增长方向是什么？（提示：增长方向指从低地址到高地址还是从高地址到低地址？）栈的增长方向是从高地址到低地址，堆的增长方向是指从低地址到高地址C 【题目】使用free命令实现内存查看【要求】使用free命令（可上网查看使用方法）。【问题】使用free命令查看系统内存使用情况，并对结果意义加以说明解释？6