程序的装载

程序被装载的过程：

1. 创建独立的虚拟内存空间，建立虚拟空间与物理内存的映射关系。

   • 在Linux中，程序被运行起来后，将拥有自己独立的虚拟地址空间。
     虚拟地址空间的大小由CPU的位数决定，32位下虚拟地址空间的地址为到，64位下为到。 此外，C语言中指针的位数也等于虚拟空间的位数。
   • 虚拟内存空间并不是都给进程用的。以32位的Linux系统为例子，虚拟内存共有4GB，其中 0xC000 0000 到 0xFFFF FFFF 的1GB是留给操作系统的，进程执行时能使用的内存上限为3GB（其实还要更少，不过也有扩展内存的技术）。
   • 创建虚拟空间，其实并没有创建空间，而是创建页映射函数，将虚拟空间的各个页映射至相应的物理空间。 有时只是创建一个页目录，并没有映射关系，这些关系等到之后发生页错误时再设置。

2. 读取可执行文件头，建立可执行文件与虚拟空间的映射关系。

   • 将程序的.text，.data等段映射到虚拟内存中。 这种映射关系是保存在操作系统中的一个数据结构。
   • 虚拟内存中的一个段称为“虚拟内存区域(VMA, Virtual Memory Area)”。 Heap和Stack也是VMA，它们与程序不存在映射关系，它们几乎在每个进程中都存在。
   • 这个映射关系是需要在运行之间建立好的，不像虚拟内存与物理内存之间的映射关系，可以在运行时逐渐建立。

3. 将CPU的指令寄存器指向可执行文件的入口地址，启动运行。

上面的步骤执行完以后，程序的指令和数据其实并没有被放到内存。
程序开始执行的时候，CPU发现入口地址指向的内存页面是个空页面，于是产生页错误，CPU将控制权交给操作系统的页错误处理机制。 该机制通过上面第2步建立的可执行文件与虚拟空间的映射关系，定位缺页在程序中的位置（找到对应VMA，计算相应页面在可执行文件中的偏移），将其从磁盘读取到内存中，然后在物理内存中分配一个物理页面，将虚拟页与物理页之间建立映射关系。然后控制权返回给进程，继续执行。

随着进程的执行，页错误会不断产生，操作系统也会不断为进程分配物理页面来满足它运行的要求。 有时需要的内存过多，这就涉及到了虚拟存储管理方面的知识。