棧空間和堆空間大小

原文鏈接:https://blog.csdn.net/gettogetto/article/details/52973272

一個由C/C++編譯的程序佔用的內存分爲以下幾個部分:
      1、棧區(stack):又編譯器自動分配釋放,存放函數的參數值,局部變量的值等,其操作方式類似於數據結構的棧。
      2、堆區(heap):一般是由程序員分配釋放,若程序員不釋放的話,程序結束時可能由OS回收,值得注意的是他與數據結構的堆是兩回事,分配方式倒是類似於數據結構的鏈表。
     3、全局區(static):也叫靜態數據內存空間,存儲全局變量和靜態變量,全局變量和靜態變量的存儲是放一塊的,初始化的全局變量和靜態變量放一塊區域,沒有初始化的在相鄰的另一塊區域,程序結束後由系統釋放。
    4、文字常量區:常量字符串就是放在這裏,程序結束後由系統釋放。
    5、程序代碼區:存放函數體的二進制代碼。
    堆和棧的區別:
      一、由以上綜述就可以得知,他們程序的內存分配方式不同。
      二、申請和響應不同:
     1、申請方式:stack由系統自動分配,heap需要程序員自己申請,C中用函數malloc分配空間,用free釋放,C++用new分配,用delete釋放。
     2、申請後系統的響應:
      棧:只要棧的剩餘空間大於所申請的空間,系統將爲程序提供內存,否則將報異常提示棧溢出。
      堆:首先應該知道操作系統有一個記錄內存地址的鏈表,當系統收到程序的申請時,會遍歷該鏈表,尋找第一個空間大於所申請的空間的堆結點,然後將該結點從空閒結點鏈表中刪除,並將該結點的空間分配給程序。另外,對於大多數系統,會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小,這樣代碼中的delete或free語句就能夠正確的釋放本內存空間。另外,由於找到的堆結點的大小不一定正好等於申請的大小,系統會將多餘的那部分重新放入空閒鏈表中。
     三、 申請的大小限制不同:
     棧:在windows下,棧是向低地址擴展的數據結構,是一塊連續的內存區域,棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的,能從棧獲得的空間較小。
    堆:堆是向高地址擴展的數據結構,是不連續的內存區域,這是由於系統是由鏈表在存儲空閒內存地址,自然堆就是不連續的內存區域,且鏈表的遍歷也是從低地址向高地址遍歷的,堆得大小受限於計算機系統的有效虛擬內存空間,由此空間,堆獲得的空間比較靈活,也比較大。
     四、申請的效率不同:
     棧:棧由系統自動分配,速度快,但是程序員無法控制。
     堆:堆是有程序員自己分配,速度較慢,容易產生碎片,不過用起來方便。
     五、堆和棧的存儲內容不同:
     棧:在函數調用時,第一個進棧的是主函數中函數調用後的下一條指令的地址,然後是函數的各個參數,在大多數的C編譯器中,參數是從右往左入棧的,當本次函數調用結束後,局部變量先出棧,然後是參數,最後棧頂指針指向最開始存的地址,也就是主函數中的下一條指令。
     堆:一般是在堆得頭部用一個字節存放堆得大小,具體內容由程序員安排。

 

堆空間和棧空間大小

我們知道,程序運行時在內存中主要有代碼段、數據段、堆棧段(堆空間和棧空間)、進程頭、動態鏈接庫等區域。 其中數據使用到的:

  • 數據段:靜態內存空間,其中數據的總大小和初始值在編譯時確定,數據在整個程序運行時一直存在。
  • 棧空間:自動內存空間,其中數據的大小在編譯時確定,數據的分配和釋放也由編譯器在函數進入和退出時插入指令完成,數據生命週期和函數一樣。
  • 堆空間:動態(手動)內存空間,其中數據的大小和初始值在運行時確定,數據生命週期不定。

但是有個問題:棧空間和堆空間的大小初始值有多大呢?最大有多大?

看一個命令ulimit(或limit):

> ulimit -a
-t: cpu time (seconds)         unlimited
-f: file size (blocks)         unlimited
-d: data seg size (kbytes)     unlimited
-s: stack size (kbytes)        8192
-c: core file size (blocks)    0
-m: resident set size (kbytes) unlimited
-u: processes                  91570
-n: file descriptors           1024
-l: locked-in-memory size (kb) unlimited
-v: address space (kb)         unlimited
-x: file locks                 unlimited
-i: pending signals            91570
-q: bytes in POSIX msg queues  819200
-e: max nice                   30
-r: max rt priority            99
-N 15:                         unlimited

這個命令輸出一個棧限制:stack size (kbytes) 8192。 這說明Linux默認的用戶棧空間的大小是8MB(軟限制)。測試一下:

int main(int argc, char *argv[])
{
    char a[8192 * 1024];
}

程序在8185*1024時還能正常,在8186*1024就產生了segmentation fault, 可能包含幾KB的棧信息數據。這說明程序的棧空間確實是8MB,並且可以使用ulimit 命令臨時改變當前shell下執行程序的棧空間。

那操作系統能給棧空間的最大值(硬限制)是多少呢?這應該就要看用戶空間線性地址的分配, 記得Linux中棧空間的起始地址和堆空間的起始地址是固定的,並向對方方向增長, 那麼棧空間和堆空間最大值總和應該就是這兩個固定地址直接的內存大小。

對於堆空間來說,默認是沒有軟限制的,只依賴硬限制。

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