Linux X86 64位虛擬位址空間布局與試驗

在x86_64下面，其實虛擬位址只使用了48位。所以c程式裡，列印的位址都是只有12位16進製制。48位位址長度也就是對應了256tb的位址空間。

而在linux下有效的位址區間是從0x00000000 00000000 ~ 0x00007fff ffffffff還有0xffff8000 00000000 ~ 0xffffffff ffffffff兩個位址區間。而每個位址區間都有128tb的位址空間可以使用，所以總共是256tb的可用空間。位址空間的劃分就如下所示

ffffffff`ffffffff     _____________   
| | 
| 核心空間 | 
ffff8000`00000000
|____________| 
| | 
| 未使用 | 
| 的空間 | 
| | 
00007fff`ffffffff |____________| 
| | 
| 使用者空間 | 
00000000`00000000
|____________|

下面分析使用者空間的位址布局。乙個程式的記憶體布局，可以通過

這是乙個簡單的helloworld程式的示例布局

前三行分別是text segment、data segment和bss segment，text segment其實就是存放二進位制可執行**的位置，所以它的許可權是讀與可執行，data segment存放的是靜態常量，所以該位址段許可權是唯讀，bss segment存放未初始化的靜態變數，所以也就是可以隨意讀寫。

接下來是heap位址段，heap位址是往高位址增長的，是用來動態分配記憶體的區域。它跟棧相反，是往高位址增長的，對應的記憶體申請系統呼叫是brk()。

再下面就是stack位址段了。這個棧已經用了136kb了。棧的最大範圍，我們可以通過prlimit命令看到，預設的情況下是8mb，和linux-x86一樣。

再下面就是vvar，vdso和vsyscall了。這三個東西都為了加速訪問核心資料，比如讀取時間gettimeofday，肯定不能頻繁地進行系統呼叫陷入核心，所以就對映到使用者空間了。所有程式都有這3個對映位址段。

關於vvar，vdso和vsyscall。先說vsyscall，這東西出現最早，比如讀取時間gettimeofday，核心會把時間資料和gettimeofday的實現對映到這塊區域，使用者空間可以直接呼叫。但是vsyscall區域太小了，而且對映區域固定，有安全問題。後來又造出了vdso，之所以保留是為了相容使用者空間程式。vdso相當於載入乙個linux-vd.so庫檔案一樣（名字也由此而來），也就是把一些函式實現對映到這個區域，而vvar也就是存放資料的地方了，那麼使用者可以通過呼叫vdso裡的函式，使用vvar裡的資料，來獲得自己想要的資訊。而且位址是隨機的，更安全。

具體的x64的記憶體布局如下圖所示：

可以發現裡面有不少random xx offset，這是linux裡的aslr策略。aslr的話就是address space layout randomization，是一種安全機制，主要防止緩衝區溢位攻擊。

brk系統呼叫可以通過調整heap區域的brk指標，從而調整heap對的虛擬記憶體空間大小。實驗**如下：

#include 
#include 
#include 
int main()

初始狀態

按回車，呼叫brk(curr_brk+4096)之後

看到heap大小從132kb變成了136kb，而且位址空間可以正常使用。再次回車，呼叫brk(tmp_brk)

發現heap堆大小變回去了。再回車發現會產生段錯誤，因為記憶體已經被**，程序無法使用該記憶體位址。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
printf("program allocate :%p\n", addr);
getchar();
if(munmap(addr, 1024) != 0)
return
0;}

在mmap之後，發現大小變成了20kb，剛好是我們申請了8kb

注意mmap申請記憶體的時候，如果申請位址長度小於乙個page_size=2kb=4096位元組=0x1000位元組，那麼會直接申請2kb。而page_size的話可以通過getconf page_size命令來檢視。

sysctl vm.mmap_min_addr

在debian下，它的預設值是4096。也就是你申請的首位址必須比0x1000大。

Linux X86 64位虛擬位址空間布局與試驗

32位Linux系統虛擬位址對映

Tomcat虛擬位址

虛擬位址空間

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