笔记：程序内存管理 .bss .data .rodata .text stack heap

1.未初始化的全局变量（.bss段）

bss段用来存放 没有被初始化 和 已经被初始化为0 的全局变量。如下例代码：

#include<stdio.h>

int bss_array[1024*1024];
int main(int argc, char *argv[])
{  
    return 0;
}

 编译并查看：

$ gcc -g mainbss.c -o mainbss
$ ls -l mainbss
-rwxrwxr-x. 1 hy hy 8330 Apr 22 19:33 mainbss
$ objdump -h mainbss |grep bss
mainbss:     file format elf32-i386
 24 .bss          00400020  0804a020  0804a020  00001018  2**5

$ size mainbss
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
   1055	    272	4194336	4195663	 40054f	mainbss

     全局变量bss_array的大小为4MB = 1024*1024*sizeof(int) Byte = 4194304 Byte。 通过size 查看可知数据被存在了 bss 段

　　而 可执行文件mainbss 有8KB左右，命令 ls -l mainbss 查看得知。可知，bss类型的全局变量只占用 运行时的内存空间，而不占用可执行文件自身的文件空间。

2017-11-24

    今天再读此书时，联想到 OR1200 编译过程中的 RAM 和 链接脚本，产生一个问题。在 OR 仿真验证中，我的RAM只有8KB的空间，若我有一个定义上诉数组，可执行文件本身不大，但是运行时需要占用4M的空间。那程序岂不是会崩溃？ 带着这个问题。在OR的验证程序中做了测试。

个人结论： 若在运行时这个空间不足的问题，编译器会帮忙检查的。这些是数据，若是在运行时的 堆和栈 不足，这点编译器没法检查。

#include"uart.h"
volatile unsigned long timestamp = 0;

#define   DRAM_MEM_SIZE       (0x200)
#define   DRAM_ADDR_START     (0x1FFF-DRAM_MEM_SIZE+1)
#define   DRAM_ADDR_END       (0x1FFF)

#define Struct_Section  __attribute__((unused, section(".stdata_mem_type"), 
                aligned(4)))

typedef unsigned int u32;
typedef signed int   s32;

 char txbuf[]={0x01,0x03,0x07,0x0f,0x10,0x30,0x70};
 char testbss;
 char testdata=10;
 typedef  struct {
        char ch[4];
        unsigned int addrinit;
        unsigned int len;
 }STDATA_MEM_TYPE;
STDATA_MEM_TYPE arry_dynamic Struct_Section;
int t_array[1024*1024]={};

int main(void)
{
//省略
}

编译报错如下， .bss 段不够用：

openrisc@openrisc-VirtualBox:~/mc-or-lngit/or_bootsim_shpy/hyor_ramboot$ make
or32-elf-gcc -c reset.S -o reset.o
or32-elf-gcc -c main.c -o main.o
or32-elf-gcc -c uart.c -o uart.o 
or32-elf-ld reset.o main.o uart.o -T ram.ld -o hyor_ramboot.or32 
or32-elf-ld: hyor_ramboot.or32 section `.bss' will not fit in region `ram'
or32-elf-ld: region `ram' overflowed by 4192276 bytes
make: *** [hyor_ramboot.or32] Error 1

2. 已被初始化为非零的全局变量(.data段)

　　data段用来存放已经被初始化为非零的全局变量。如下代码，只将矩阵的第一个元素初试化为1：

#include<stdio.h>

int data_array[1024*1024]={1};
int main(int argc, char *argv[])
{ 
    return 0;
}

 编译查看

[hy@localhost memcfg]$ gcc -g maindata.c -o maindata
[hy@localhost memcfg]$ ls -l maindata
-rwxrwxr-x. 1 hy hy 4202682 Apr 22 19:48 maindata
[hy@localhost memcfg]$ objdump -h maindata |grep \.data
 23 .data         00400020  0804a020  0804a020  00001020  2**5
[hy@localhost memcfg]$ size maindata
   text	   data	    bss	    dec	    hex	filename
   1055	4194604	      4	4195663	 40054f	maindata 

 而 可执行文件maindata 有4MB左右。通过size 查看可知数据被存在了 data 段

可知，data类型的全局变量既占用运行时的内存空间，也占用可执行文件自身的文件空间。

3.常量数据（.rodata段）

 1）rodata用来存放常量数据。 ro: read only

 2）字符串会被编译器自动放在rodata中，加 const 关键字的常量数据会被放在 rodata 中

 3）在有的嵌入式系统中， rodata放在 ROM（或 NOR Flash）里，运行时直接读取，不须加载到RAM内存中。

     所以，在嵌入式开发中，常将已知的常量系数，表格数据等造表加以 const 关键字。存在ROM中，避免占用RAM空间。

4.代码（.text段）

　　text段存放代码（如：函数）和部分整数常量（应该指的是一些立即数），这个段是可执行的。

5.栈（stack）

　　1）stack 存放函数的局部变量和函数参数

　　2）被调用函数的参数和返回值 被存储到当前程序的栈区，之后被调用函数再为自身的自动变量和临时变量在栈区上分配空间

　　3）函数返回时，栈区的数据会被释放掉，先入后出（FILO）的顺序。

6.堆（heap）

　　heap用来动态分配内存，由程序自身决定开辟和释放。

 6.1 malloc/free 

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int *p = (int *)malloc(10*1);
    // p= (int *)malloc(10*1);
    if(p==NULL) {
        printf("malloc p err
");
        return -1;
    }
    free(p);
    printf("p = %4x
",p);
    p = NULL;
    printf("p = %4x
",p);
    return 0;
}

 程序运行结果：

[hy@localhost memcfg]$ gcc maindata.c
[hy@localhost memcfg]$ ./a.out 
p = 9cf4008
p =    0

 1）开辟了空间，就要适时的释放。释放时，指针应指向开辟时的内存空间，所以在使用指针时，要注意不要修改了其地址，或者将开辟时的起始地址保存起来。

 2）对指针free后，其地址不一定就为NULL。如代码中的 p,在 free(p)后，printf("p=%4x",p)后并非为0。所以建议在free(p)后，立即加一句p=NULL。

 3）检查p的地址 if(p!=NULL){ ... }

6.2 calloc/realloc

 1）calloc()函数

void *calloc(size_t nmemb, size_t size);

 　　参数nmemb 表示要分配元素的个数，size表示每个元素的大小，分频的内存空间大小是 nmemb*size; 返回值是 void* 类型的指针，指向分配好的内存首地址。

 用法一：分配1024*sizeof(int)字节大小的内存，并清空为0

int *p = (int *)calloc(1024,sizeof(int));

  用法二：与 alloc等价的 malloc 用法

int *p = (int *)malloc(1024*sizeof(int));
memset(p,0,1024*sizeof(int));

 差异：用法一calloc，会根据分配的的类型来初始化为0，如：分配int型，则初始化为（int）0； 若为指针类型，则初始化为空指针；若为浮点，则初始化为浮点型。

　　　 用法二memset，不能保证初试化为空指针值和浮点型。（与NULL常量和浮点型的定义有关）

2）realloc()函数

　　realloc()用来重新分配正在使用的一块内存大小。

定义：

void *realloc(void *ptr, size_t size);

 用法示例：

int *p = (int *)malloc(1024);    //
p = (int *)realloc(512);        // 重新分配为 512字节大小内存，缩小数据丢失
p = (int *)realloc(2048);      // 重新分配为2048字节大小内存    

 注意：经过realloc()调整后的内存空间起始地址有可能与原来的不同。

摘录书籍

《ARM嵌入式Linux系统开发详解》 弓雷 等编著

《高质量嵌入式Linux C编程》 梁庚 等编著