程序底层——程序如何在RAM ROM运行，内存分配与分区

关于RAM ROM

RAM与ROM就是具体的存储空间，统称为存储器

• RAM(random access memory)：运行内存，CPU可以直接访问，读写速度非常快，但是不能掉电存储。它又分为：
  • 动态DRAM，速度慢一点，需要定期的刷新(充电),我们常说的内存条就是指它，价格会稍低一点，手机中的运行内存也是指它
  • 静态SRAM，速度快，我们常说的一级缓存，二级缓存就是指它，当然价格高一点。
• ROM(read only memory)：存储性内存，可以掉电存储，例如SD卡、Flash(机械磁盘也可以简单的理解为ROM)。用的多的：NandFlash，还有NorFlash，现在用的已经比较少了（两者主要区别是前者空间大，便宜，后者可以直接运行程序，读取速度快）

由于RAM类型不具备掉电存储能力（即一停止供电数据全没了，从新上电后全是乱码，所以需要初始化），所以app程序一般存放于ROM中。RAM的访问速度要远高于ROM，价格也要高。

RAM与ROM协同工作

由于RAM不能掉电存储，所以我们的APP程序，刷机包，下载的文件等等，都是在ROM里面存储的。

手机里面使用的ROM基本都是NandFlash，CPU是不能直接访问的，而是需要文件系统/驱动程序(嵌入式中的EMC)将其读到RAM里面，CPU才可以访问。另外，RAM的速度也比NandFlash快。

内存分区：可以分为5个区

说到内存分区，内存即指的是RAM

• 栈区（stack）： 这个一般由编译器操作，或者说是系统管理，会存一些局部变量，函数跳转跳转时现场保护(寄存器值保存于恢复)，这些系统都会帮我们自动实现，无需我们干预。 所以大量的局部变量，深递归，函数循环调用都可能耗尽栈内存而造成程序崩溃

• 堆区（heap）： 一般由程序员管理，比如alloc申请内存，free释放内存。我们创建的对象也都放在这里

• 全局区（静态区 static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放。注意：在嵌入式系统中全局区又可分为未初始化全局区：.bss段和初始化全局区：data段。举例：int a;未初始化的。int a = 10;已初始化的。

• 常量区：常量字符串就是放在这里的，还有const常量

• 代码区：存放代码，app程序会拷贝到这里，程序不是在ROM里面存储吗？看下面的举例

图中各个区并不连续

程序运行举例（CPU RAM ROM之间协同）

首先了解下：虚拟内存与物理内存

手机上的所有程序都是依托操作系统，运行在虚拟内存上的，每一个APP都会以为自己拥有所有的虚拟内存。比如一个手机，它是32位操作系统(一般也是32位总线)，真实的物理内存为2G：

那么他的寻址空间为4G(2的32次方),对于APP来说，它觉得自己拥有4G的内存，虽然这是不可能的(或者说同一时间是不可能的)，但是，操作系统只要保证APP当时用到的地址空间有真实的物理地址对应就可以，APP也不需要知道那对应的2G真实物理内存具体在哪里。不要求4G的虚拟内存同一时间都有真实的物理内存相对应，当然那也是不可能的，因为只有2G物理内存

在下面的举例中，只考虑虚拟内存

当我们点击手机屏幕APP的Icon启动一个APP（例如微信）时

• 操作系统会为微信开辟4G的虚拟内存空间(开辟真实的物理内存，对应一部分到4G的虚拟内存)
• 操作系统会把存储在ROM里面微信的部分代码(受空间所限，不可能全部拷贝)，拷贝到上一步开辟的4G内存空间的代码区，如上图
• 然后CPU就可以访问RAM来运行微信的程序了

假设通过微信我们下载了一个100M的视频，那么会从服务器一点一点的下载到RAM，然后再从RAM写到ROM存储。这样才能保证，我们关掉微信并再次打开时视频还在

假设隔一段时间，我们要看视频，程序会将它从ROM读到RAM然后解码播放

编程注意

当一个app启动后，代码区，常量区，全局区地址已固定，因此指向这些区的指针不会为空而产生崩溃性的错误。而堆区和栈区是时时刻刻变化的（堆的创建销毁，栈的弹入弹出），所以当使用一个指针指向这两个区里面的内存时，一定要注意内存是否已经被释放，否则会产生程序崩溃（编程中很常见）。