Linux可執行文件結構

在 Linux 下，程序是一個普通的可執行文件，以下列出一個二進制可執行文件的基本情況：

可以看出，此可執行文件在存儲時（沒有調入到內存前）分為代碼區（text）、數據區（data）和未初始化數據區（bss）3 個部分。各段基本內容說明如下：

代碼區：

存放 CPU 執行的機器指令。通常代碼區是可共享的（即另外的執行程序可以調用它），使其可共享的目的是對于頻繁被執行的程序，只需要在內存中有一份代碼即可。代碼區通常是只讀的，使其只讀的原因是防止程序意外地修改了它的指令。另外，代碼區還規劃了局部變量的相關信息。

代碼區的指令包括操作碼和操作對象（或對象地址引用）。如果是立即數（即是具體的數值），將直接包含在代碼中，如果是局部數據，將在運行時在棧區分配空間，然后再引用該數據的地址，如果是未初始化數據區和數據區，在代碼中同樣將引用該數據的地址。

全局初始化數據區/靜態數據區（數據段）：

該區包含了在程序中明確被初始化的全局變量、已經初始化的靜態變量（包括全局靜態變量和局部靜態變量）和常量數據（如字符串常量）。

例如，一個不在任何函數內聲明（全局變量），如下：

int count = 100;

使得變量 count 根據其初始值被存儲初始化數據區中。

在任意位置定義靜態變量方式如下：

static int num = 200;

這聲明了一個靜態數據并初始化，如果在任意函數體外聲明，則表示其為一個靜態全局變量，如果在函數體內（局部），則表示其為一個局部靜態變量。另外，如果在一個函數名前加上 static，則表示此函數只能再當前文件中被調用。

未初始化數據區（又叫 BSS 區）：

存入的是全局未初始化變量和未初始化靜態變量。未初始化數據區的數據在程序開始執行之前被內核初始化為 0 或者空（NULL）。

例如，一個不在任何函數內聲明的未初始化變量。

long sum[1000];將 sum 存儲到未初始化數據區。

Linux進程結構

在 Linux 系統下，如果將某個可執行文件加載到內存運行，則將演變成一個或多個進程（多個進程的原因是進程在運行時可以再創建新的進程，但加載時只有一個進程）。進程是 Linux 事務管理的基本單元，所有的進程均擁有自己獨立的處理環境和系統資源。進程的環境由當前系統狀態及其父進程信息決定和組成的。

下圖為可執行文件存儲結構和 Linux 進程基本結構（部分）的對照圖。

一個進程是一個運行著的程序段，一個進程主要包括在內存中申請的空間，代碼（加載的程序，包括代碼段，數據段，BSS），堆，棧，以及內核提供的內核進程信息結構體?

task_struct （位置在 /usr/include/linux/sched.h）、打開的文件、上下文（指進程執行活動全過程的靜態描述）信息以及掛起的信號等。

（1）代碼區（text segment）。加載的是可執行文件代碼段，其加載到內存中的位置由加載器完成。
（2）全局初始化數據區/靜態數據區（Data Segment）。加載的是可執行文件數據段，存儲于數據段（全局初始化，靜態初始化數據）的數據的生存周期為整個程序運行過程。
（3）未初始化數據區（BSS）。加載的是可執行文件BSS段，位置可以分開亦可以緊靠數據段，存儲于數據段的數據（全局未初始化，靜態未初始化數據）的生存周期為整個程序運行過程。
（4）棧區（stack）。由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值、返回值、局部變量等。在程序運行過程中實時加載和釋放，因此，局部變量的生存周期為申請到釋放該段棧空間。
（5）堆區（heap）。用于動態內存分配。堆在內存中位于BSS區和棧區之間。一般由程序員分配和釋放，若程序員不釋放，程序結束時有可能由OS回收。

系統之所以分成這么多個區域，主要基于以下考慮：

• 代碼段和數據段分開，運行時便于分開加載，在哈佛體系結構的處理器將取得更好得流水線效率。
• 代碼時依次執行的，是由處理器 PC 指針依次讀入，而且代碼可以被多個程序共享，數據在整個運行過程中有可能多次被調用，如果將代碼和數據混合在一起將造成空間的浪費。
• 臨時數據以及需要再次使用的代碼在運行時放入棧中，生命周期短，便于提高資源利用率。
• 堆區可以由程序員分配和釋放，以便用戶自由分配，提高程序的靈活性。

C 各存儲類型比較

參考資料：《Linux高級程序設計》

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 可执行文件结构与进程结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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