之前我们说这个图是程序地址空间，那它是内存吗？

答：根本不是的

它准确来说叫进程虚拟地址空间！

为了方便理解我们用一段代码来看一下

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0){
    perror("fork");
    return 0;
    }
    else if(id == 0){ //child
        printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    else{ //parent
        printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    sleep(1);
    return 0;
}

结果：

parent[1234]: 0 : 0x1234567
child[1235]: 0 : 0x1234567

当把代码修改以下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id < 0){
    perror("fork");
    return 0;
    }
    else if(id == 0){ //child
        g_val=100;
        printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    else{ //parent
        sleep(3);
        printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
    }
    sleep(1);
    return 0;
}

结果：

parent[2345]: 0 : 0x1234567
child[2356]: 100 : 0x1234567

我们有个惊奇的发现！

父子g_val的不相同，但是地址竟然一样！很明显这已经是两个变量了，按道理应该是两个不同的地址，但是地址相同，说明&打印出来的地址根本不是物理地址，而是虚拟地址！

物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理。

OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址 。

进程地址空间

我们在语言层面遇到的地址都是虚拟地址！

每个进程都有一个地址空间，都认为自己独占物理内存。

进程地址空间跟进程一样都得被数据化，也是先描述再组织，所以要描述地址空间，就要有一个结构体数据结构类型。（struct mm_struct）。

每个进程都认为地址空间划分是按照4GB空间划分的，都认为自己独有这4GB。

所有虚拟地址是地址空间上进行区域划分时，对应的线性位置。

虚拟地址到物理地址

为什么不让PCB直接去访问物理地址呢？

答：task_struct如果可以直接访问物理地址，有没有想过，物理地址有很多进程，如果你不小心寻址错误，访问到了其他进程，而这个进程是转账类似的，那是不是很危险？而如果我们有一层中间层，不允许你直接访问物理地址，而是在这之间对你的请求进行检查，如果合法给你映射过去，不合法就中止你的请求。

就像const char* s=“hello world”

你想*s=‘H’，这样是不允许的，当页表识别出你是字符常量区的，它映射时就不会给你w的权限，本质上就是OS给你的权限只有r权限。

而这就是说为什么要有地址空间？

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第一个原因：


通过添加一层软件层，完成有效的对进程操作内存进行风险管理（权限管理），本质目的是为了保护物理内存以及各个进程的数据安全。

再者说：

如果我想申请1000字节空间，我们立马就可以得到吗？

不一定，可能我们只是单纯告诉OS我要申请空间，以后我要用，但是现在不一定用。那在OS角度，如果空间给你，你又不立马用，或者用不完，那岂不是这部分空间就闲置着？别人想用也用不了。所以地址空间的第二个作用就来了！



这叫基于缺页中断进行物理内存申请！

⭐

第二个原因：


将内存申请和内存使用的概念在时间上划分清楚，通过虚拟地址空间来屏蔽底层申请内存的过程，达到进程读写内存和OS进行内存管理操作进行软件上面的分离。

你别管我最后咋给你在物理内存上开辟，反正给你开了就行，如果当你要的时候物理内存不够了，我就进行内存管理算法给你腾出地方。

再者说最后一个原因：

cpu说：我想知道我该运行哪个进程了，这个进程的开始地址是啥。

不同进程的main()地址也不同，cpu还得自己找，所以cpu不乐意了，我就在0x00000000位置拿进程地址，我不找了，你想让我运行哪个，你给我送到这。

所以进程地址空间就一直在0x00000000处存进程地址，在页表建立映射关系。

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第三个原因：


站在cpu和应用层角度，进程统一可以看作，它们各自独有4GB虚拟空间，而且这个空间区域相对位置是比较确定的。因为地址空间的存在，程序的代码和数据可以被加载到物理内存的任意位置，通过映射到地址空间，而地址空间的地址是连续的，大大减少了内存管理的负担。

OS最终目的就是：让每个进程都独享4G空间，这样每个进程都统一起来，方便管理。

现在我们再来看这张图：



父子进程本来是共享代码和数据的。子进程的创建是以父进程为模板的。

而进程也是独立的。

当有人要修改数据，那么为了保证进程的独立性，发生写时拷贝，在物理内存新开辟一片空间，其实在物理内存，子进程的g_val地址已经改变，但是映射到虚拟地址上，虚拟地址没有改变，只是页表到物理内存的映射关系变一下。

所以最开始的现象就解释通了。