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title: 进程内存布局
url: https://doc.liz6.com/systems-programming/03-processes-and-memory/01-process-memory-layout
locale: zh
area: systems-programming
tags:
- systems-programming
- 进程与内存
date: 2026-06-30
modified: 2026-07-11
description: '覆盖: /proc/pid/maps 解读 → stack/heap/mmap/vDSO/vvar/vsyscall → segments (text/data/bss) → 内存布局与 ASLR → mmap 映射类型 适用: Linux x86-64/ARM64 用户态'
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# 进程内存布局
> 覆盖: /proc/pid/maps 解读 → stack/heap/mmap/vDSO/vvar/vsyscall → segments (text/data/bss) → 内存布局与 ASLR → mmap 映射类型
> 适用: Linux x86-64/ARM64 用户态
## 概述
每个 Linux 进程看到的是 48-bit（或 57-bit）的虚拟地址空间。理解这个空间的布局对调试内存越界、分析 core dump、优化内存使用都至关重要。`/proc/pid/maps` 是这个布局的"地图"。
## 典型 64-bit 布局
## /proc/pid/maps 详解
```bash
$ cat /proc/self/maps
# 格式: address perms offset dev inode pathname
# === Binary (PIE) ===
55a8e3c00000-55a8e3c01000 r--p 00000000 08:02 1234567 /bin/sleep
55a8e3c01000-55a8e3c03000 r-xp 00001000 08:02 1234567 /bin/sleep ← .text (R+X)
55a8e3c03000-55a8e3c04000 r--p 00003000 08:02 1234567 /bin/sleep ← .rodata
55a8e3c04000-55a8e3c05000 r--p 00003000 08:02 1234567 /bin/sleep
55a8e3c05000-55a8e3c06000 rw-p 00004000 08:02 1234567 /bin/sleep ← .data+.bss
# === Heap ===
55a8e4c00000-55a8e4c21000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
# === Shared libraries ===
7f1234000000-7f1234001000 r--p 00000000 08:02 9999 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
7f1234001000-7f123402a000 r-xp 00001000 08:02 9999 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
7f123402a000-7f1234034000 r--p 0002a000 08:02 9999 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
7f1234035000-7f1234037000 rw-p 00034000 08:02 9999 /lib64/ld-linux-x86-64.so.2
# === Thread stack (匿名 mmap) ===
7f1233e00000-7f1234000000 rw-p 00000000 00:00 0 ← 线程栈
# === Stack ===
7ffc12345000-7ffc12366000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
7ffc123de000-7ffc123e2000 r--p 00000000 00:00 0 [vvar]
7ffc123e2000-7ffc123e4000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
```
### 权限位解读
```
r--p: read-only, private ← .rodata, read-only segments
r-xp: read+execute, private ← .text
rw-p: read+write, private ← .data, .bss, heap, stack
r--s: read-only, shared ← rarely used
rw-s: read+write, shared ← MAP_SHARED mappings
---p: no access, private ← guard pages (stack/heap guard)
```
### 匿名映射 vs 文件映射
```
[heap], [stack], [vdso]: 匿名映射 (无文件名, kernel 创建)
/lib64/libc.so.6: 文件映射 (有文件名, mmap from file)
7f1233e00000 (无 [name]): 匿名映射 (malloc, thread stack)
→ 不是 [heap]! malloc 用 mmap
```
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## 各区域详解
### Stack: 栈自动增长
```c
// 栈使用 mmap 或 brk 分配 (取决于内核配置)
// VM_GROWSDOWN: push 超出当前栈底 → page fault → 内核自动扩展栈
// → 扩展受 RLIMIT_STACK (默认 8MB) 限制
// → 栈顶下方有 guard page (---p) 防止越界
// 主线程栈: 位于 [stack]
// 子线程栈: pthread_create → mmap (通常 8MB, 位置在 mmap 区域)
```
### Heap: brk vs mmap
```c
// 传统的 brk/sbrk: 扩展 data segment (直接跟在 .bss 后面)
// → 用户态: brk(addr) → 改变 program break
// → 问题: 碎片化, 不能独立释放
// malloc 现在的策略:
// 1. 小分配 (< 128KB default): 用 brk → 放在 [heap] 区域
// 2. 大分配 (>= 128KB): 用 mmap → 独立的匿名映射
// 3. mmap threshold: 可通过 mallopt(M_MMAP_THRESHOLD) 调整
```
### vDSO / vvar / vsyscall: 内核注入
```
[vdso]: 内核在每个进程地址空间注入的 .so
提供: __vdso_clock_gettime, __vdso_getcpu, __vdso_time, __vdso_getrandom
→ 用户态执行, 不 syscall → 极快
[vvar]: vDSO 的数据页 (内核 timekeeper 结构, per-CPU 数据)
→ R/O for userland
[vsyscall]: 已废弃的快速系统调用页面 (x86 only)
→ 固定地址: 0xffffffffff600000 (安全风险)
→ 现在默认 emulate (page fault → 内核模拟 → 返回)
```
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## 工具
```bash
# 进程内存布局
cat /proc/self/maps
cat /proc/self/smaps | head -50 # 每 mapping 的详细统计 (RSS/PSS/swap)
# 内存映射汇总
pmap -x
# 内存使用概要
cat /proc/self/status | grep Vm
# VmPeak: 历史最大虚拟内存
# VmSize: 当前虚拟内存
# VmRSS: 物理内存 (Resident)
# VmData/VmStk/VmExe/VmLib: 数据/栈/代码/库
# ASLR 设置
cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space # 0=off, 1=partial, 2=full (default)
```
## 参考
- **内核文档**: `Documentation/filesystems/proc.rst` (maps/smaps)
- **源码**: `fs/proc/task_mmu.c` (/proc/pid/maps 实现), `arch/x86/entry/vdso/`
- **LWN**: "The vDSO and vvar", "ASLR for 64-bit Linux"
*关键词: /proc/pid/maps, stack, heap, vDSO, vvar, ASLR, PIE, smaps, brk, mmap*