Linuxプログラムのメモリレイアウトスキーマについてのご質問

Question

以下の画像は、書籍Programming from the Ground Upから引用しています。

• プログラムメモリ領域は0xbfffffffと0x8048000の間に制限されるのはなぜ？この選択の根底にある根拠は何ですか？この地域の外には何がありますか？

• この図は、32ビットプログラムである必要があります。 64ビットプログラムのメモリレイアウトとは何ですか？

• 画像に「起動時」と表示されるため、実行中にレイアウトが変更されますか？

• 最後に、Linuxカーネルもこのレイアウトに従っていますか？

Answer 1

• Linuxの32ビットx86上では、伝統的に、3G/1Gユーザー/カーネル分割がありました。

  • ユーザ空間メモリが常に（すなわち、直接32ビットモードで対処することができる4ギガバイトののうち、下位3ギガバイトである）0x00000000-0xBFFFFFFF範囲にマッピングされます。プロセス全体を切り替えるときに、このスペース全体が再マッピングされます。

  • カーネルメモリは、常に0xC0000000-0xFFFFFFFFの範囲（上位1GB）にマップされます。ユーザー空間の特権レベルではアクセスできませんが、カーネルへのコンテキスト切り替えが発生すると、何も再マップせずにすべてのメモリにアクセスできます。

  私はolder answerを持っています。これについてはもう少し詳しく説明します。

• x86では、スタックは下向き（高く開始し、下位アドレスに向かって）に成長します。これは、CPUデザイン（これは、/pop/call/retの指示が%espになる）の任意の決定です。 Linuxはその範囲の先頭で起動します。

  対照的に、プログラムデータはデフォルトでローエンドにマップされます。歴史的には、カーネルは0x08000000以下にマッピングされていたため、ユーザー空間で使用できる最小アドレスはそれを上回りました。これはもはや真実ではありませんが、元の0x08040000ロードアドレスを説明しています。

• 中間のスペースがヒープに使用されます。 「ブレイク」マーカーは、brk()またはsbrk()の呼び出しによって上下に移動します。その下にあるメモリはプログラム使用のためにアクセス可能です。歴史的に、Cランタイムは、プログラムのブレークアップを移動させて、スペース要件を満たすためにmallocを実行します。

• 現在の64ビットx86 CPUでは、アドレス0x0000000000000000-0x00007FFFFFFFFFFFと0xFFFF800000000000-0xFFFFFFFFFFFFFFFFのみが標準です。 64ビットポインタであるが、使用可能なアドレス空間の「唯一の」48ビット分である。 （これは256TBなので、その限界に達するまでしばらく時間がかかります）。非正規アドレス（0x0000800000000000-0xFFFF7FFFFFFFFFFF）にアクセスしようとすると、ハードウェアによって障害が発生します。 Linuxは下半分のユーザー空間と上位半分のカーネルをマップします。

  スタックはまだ成長しているので、Linuxはまだ範囲の先頭に向かって起動し、固定マッピングは下に向かって開始し、ヒープはそれらの上に成長します。

• はい。ヒープが大きくなったり小さくなったりするプログラムのブレークに加えて、プログラムはmmap/munmapを使用して、ファイル、共有メモリ、匿名メモリなどのアドレス空間にさまざまなものをマップ/アンマップすることもできます。 、最近のCランタイムは、プログラムブレークに加えて、またはプログラムブレークを操作する代わりに、匿名メモリをチャンクにマップします。

• カーネル自体は、32ビットx86では上位1Gに、64ビットx86では上位128TBに存在します。そのレイアウトは、ユーザ空間にほとんど重要でない（と見えない）であるが、その他のすべてのカーネルスレッドのスタックと、すべてのユーザー・スレッドのカーネル側、ページテーブル、キャッシュ、DMAバッファ、

その他注意事項などのものが含まれます：

これはすべて仮想アドレスであり、物理アドレスではありません。

ユーザ空間へのアクセス最下位アドレスは0 CプログラムはNULLは（それが実際に有効であるかどうexploitsにつながることができます）不正なアドレスであることを期待し、カーネルがどの今64kのデフォルト/proc/sys/vm/mmap_min_addrを強制する必要はないです。

Linux（最近10年以上）は、VDSOを極端な高いアドレスにマップするため、スタックはそれよりも下に開始されます。かつて、vsyscallのページもそこにありましたが、現在はカーネル空間のページにあります。

ASLRのため、すべてのアドレスがシャッフルされている可能性があります。これは32ビットのアドレス空間ではあまり効果的ではありません（他の制約のために、ページの整列のために下位12ビットをランダム化することはできません）が、64ビットモードではたくさんのビットがあります。