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未初始化全局变量

  为下一篇介绍进程内存分布做准备, 这一篇先来介绍一下未初始化全局变量:

  未初始化全局变量,这名字就很直白,就是 C 程序中定义成 全局作用域而又没有初始化的变量,我们知道这种变量在程序运行 后是被自动初始化为 全0 的。编译器编译的时候会将这类变量 收集起来集中放置到 .bss 段中,这个段只记录了段长, 没有实际上的内容(全是0,没必要存储), 在程序被装载时操作系统会 为它分配等于段长的内存,并全部初始化为0

  这有两个 C程序,都定义了全局数组 data(长度为1M, 占用内存4MB),一个部分初始化(bss_init1.c), 一个未初始化(bss_uninit1.c):

bss_init1.c:

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

#define MAXLEN 1024*1024

int data[MAXLEN]={1,};

int main()
{
	Sleep(-1);
	return 0;
}

bss_uninit1.c:

#include <stdio.h>
#include <windows.h>

#define MAXLEN 1024*1024

int data[MAXLEN];

int main()
{
	Sleep(-1);
	return 0;
}

  编译以上两个程序后:

bss1

  可以看到有初始化的可执行文件的大小差不多是4MB, 而未初始化的只有47KB!这就是 .bss 段有段长, 而没有实际内容的表现。用 UltraEdit 打开 bss_init1.exe 可看到文件中大部分是全0(data数组的内容):

bss5

  但是接下来运行(return 0 之前的 Sleep(-1) 保证了 程序暂时不会退出)的时候,却发现 bss_init1.exe 占用的空间明显少于 4MB,这是怎么回事呢?

bss2

  这就涉及程序装载的策略了。早期的操作系统(如:linux 0.01) 采用的是一次装载:将可执行文件一次性完整装入内存后再执行程序。 不管程序是 1KB 还是 60MB,都要等全部装入内存后才能执行, 这显然是不太合理的。

  而现在的操作系统都是采用延迟装载: 将进程空间映射到可执行文件之后就开始执行了, 执行的时候如果发现要读/写的页不在内存中, 就根据映射关系去读取进来,然后继续执行应用程序 (应该是在页保护异常的处理中实现的)。

  bss_init1.exe 肯定是被映射了,而程序中又没有对 data 数组进行读/写操作,所以操作系统也就懒得去装入这片内存了。 下面修改一下这两个程序:在 Sleep(-1) 前将 data 数组 的每个元素赋值为 -1:

int i;
for(i=0; i<MAXLEN; ++i)
	data[i] = -1;

  再运行,它们占用的内存都是 4M 了:

bss4

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