进程的虚拟内存
进程属性信息的task_struct结构体，其中包含进程使用的内存信息。在32位的操作系统中，当进程创建的时候（程序运行时），系统会为每一个进程分配大小为4GB的虚拟内存空间，用于存储进程属性信息。
C语言中的变量，通常使用&运算符来获得其地址，那么，这个地址就是虚拟地址，在简单的单片机中，编写的代码编译时都需要指定物理RAM空间分布，不会有虚拟地址的概念，地址就是指在RAM中的实际物理地址
为什么需要虚拟空间机制
首先程序代码和数据必须驻留在内存中才能得以运行，然而系统内存大小是有限的，有时可能不能容纳一个完整的程序的所有代码和数据，更何况在多任务系统中，可能同时要打开子处理程序、浏览器等多种任务，想让内存驻留所有的这些程序显然不太可能。因此，首先能想到的是将程序分割成小份，只让当前系统运行它的所有需要的那部分留在内存，其他部分都留在硬盘。当系统处理完当前任务片段后，再从外存中调入下一个待运行的任务片段。老式系统就是这样处理大任务的，而且这个工作是由开发者自行完成。然而随着程序越来越丰富，由于程序的行为几乎准确预测，因此很难再靠预见性来静态分配固定大小的内存，然后再机械地轮换程序片进入内存执行。系统必须采用一种能按需分配的新技术
这种按需分配的技术就是虚拟内存机制。之所以称之为虚拟内存，说明内存只是逻辑上存在的，并非真实的物理内存，而且进程的分配的虚拟内存空间可能比实际使用物理内存要大很多。程序最终的执行，也是由CPU操作物理内存完成的。因此，虚拟内存需要与实际的物理内存建立起一定的联系，从而对于进程来说，保证访问的虚拟内存空间是有意义的，而不是访问了一个假设的地址值
物理内存与虚拟内存建立联系通过地址映射得来。所谓映射，就是一个地址转换的过程，通俗地讲，就是让虚拟地址与物理地址建立一一对应的关系。一旦这种关系建立，进程只需操作虚拟地址即可，然后通过查找这一虚拟地址与实际地址建立的关系，即可实现对实际地址的使用。当进程退出不需要内存资源释放时，将这一对应关系断开即可，此时虚拟地址就毫无意义，因为它没有和任何物理地址有关系
系统虽然为每一个进程分配了4GB的虚拟内存空间，但实际情况是进程按照当前运行对内存的需求，通过与实际的物理内存建立映射关系，获取分配的内存资源。在这一过程中，所需的地址在其生命周期中可以发生变化。同时，虚拟内存使得进程认为它的拥有连续可用的内存（一段连续完整的内存）；但实际上，它通常是映射的多个不连续的物理内存分段来的
虚拟内存管理：如何实现虚拟地址与实际地址的映射
物理地址与虚拟地址建立关系，进程通过操作虚拟地址，而得到与之建立关系的实际物理地址的使用。这种地址关系建立，是通过页映射表现的
虚拟内存的规划之一是将每个程序使用的内存切割成小型的、固定大小的“页”单位（一般页面的大小为4096字节=4kb）。相应地，将RAM划分成一系列与虚拟页尺寸相同的页帧。内核需要为每一个进程维护一张页映射表。该页映射表中的每个条目指出一个虚拟“页”在RAM中的所在位置，在进程虚拟地址空间中，并非所有的地址范围都需要页表条目。由于可能存在大段的虚拟地址空间并未投入使用，故而也没有必要为其维护相应的页表条目
虚拟内存管理使进程的虚拟地址空间与RAM物理地址空间隔离开来，有优点如下
- 进程与进程、进程与内核相互隔离，一个进程不能读取或修改另一个进程或内核的内存，这是因为每个进程的页表条目指向RAM中的截然不同的物理页面集合
- 适当情况下，两个或者多个进程能够共享内存。这是因为内核可以使不同进程的页表条目指向相同的RAM页
- 便于实现内存保护机制：也就是说，可以对页表条目进行标记，以表示相关页面的内容是可读、可写、可执行抑或是这些保护措施的组合。多个进程共享RAM页时，允许每个进程对内存采取不同的保护措施。例如，一个进程可能以只读方式访问某RAM页，而另一个进程则以读写方式访问该页
- 程序员和编译器、链接器之类的工具无须关注程序在RAM中的物理布局
- 因为需要驻留在内存中的仅是程序的一部分，所以程序的加载和运行都很快。而且，一个进程所占用的虚拟内存大小能够超出RAM容量
进程的内存布局
Linux操作系统采用的虚拟内存管理技术，该虚拟内存空间大小为4GB的线性虚拟空间，进程只管自己的访问虚拟地址，无须知道物理地址的映射情况。利用这种虚拟地址不但更安全（用户不能直接访问物理内存），而且用户程序可以使用比实际物理内存更大的地址空间
4GB的进程地址空间会被分成两个部分--用户空间与内核空间。用户地址空间是03GB（0XC00000000），内核地址空间占据34GB。通常情况下，用户只能访问用户的虚拟地址，不能访问内核空间虚拟地址。只有用户进程使用系统调用（代表用户进程在内核态执行）时才可以访问内核空间。当进程切换时，用户空间就会跟发生变化；而内核空间是由内核负责映射的，是固定的，它并不会随着进程改变。内核空间地址有自己对应的页表，用户进程各自由不同的表，每个进程的用户空间都是完全独立、互不相干
用户空间包括以下几个功能区域
- 程序代码段：源代码，具有只读属性，包含程序代码（.init和.text）和只读数据（.rodata）
- 数据段：存放的是全局变量和静态变量。其中初始化数据段（.data）【静态数据区】存放显示初始化的全局（Global）变量和静态（Static）变量；未初始化数据段，此段通常也被称为BSS段（.bss），存放未进行显示初始化的全局变量和静态变量
- 栈：系统管理，由系统自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量的值、返回地址等
- 堆：用户管理，存放动态分配的数据，一般由程序动态分配和释放，若程序不释放，程序结束时可能由操作系统回收。例如：使用malloc()函数申请空间
- 共享库的内存映射区域：这是Linux动态链接器和其他共享库代码的映射区域