未初始化全局變量

為下一篇介紹進程內存分佈做準備, 這一篇先來介紹一下未初始化全局變量:

未初始化全局變量,這名字就很直白,就是 C 程序中定義成 全局作用域而又沒有初始化的變量,我們知道這種變量在程序運行 後是被自動初始化為 全0 的。編譯器編譯的時候會將這類變量 收集起來集中放置到 .bss 段中,這個段只記錄了段長, 沒有實際上的內容(全是0,沒必要存儲), 在程序被裝載時操作系統會 為它分配等於段長的內存,並全部初始化為0

這有兩個 C程序,都定義了全局數組 data(長度為1M, 佔用內存4MB),一個部分初始化(bss_init1.c), 一個未初始化(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;
}

編譯以上兩個程序後:

bss1

可以看到有初始化的可執行文件的大小差不多是4MB, 而未初始化的只有47KB!這就是 .bss 段有段長, 而沒有實際內容的表現。用 UltraEdit 打開 bss_init1.exe 可看到文件中大部分是全0(data數組的內容):

bss5

  但是接下來運行(return 0 之前的 Sleep(-1) 保證了 程序暫時不會退出)的時候,卻發現 bss_init1.exe 佔用的空間明顯少於 4MB,這是怎麼回事呢?

bss2

這就涉及程序裝載的策略了。早期的操作系統(如:linux 0.01) 採用的是一次裝載:將可執行文件一次性完整裝入內存後再執行程序。 不管程序是 1KB 還是 60MB,都要等全部裝入內存後才能執行, 這顯然是不太合理的。

  而現在的操作系統都是採用延遲裝載: 將進程空間映射到可執行文件之後就開始執行了, 執行的時候如果發現要讀/寫的頁不在內存中, 就根據映射關係去讀取進來,然後繼續執行應用程序 (應該是在頁保護異常的處理中實現的)。

bss_init1.exe 肯定是被映射了,而程序中又沒有對 data 數組進行讀/寫操作,所以操作系統也就懶得去裝入這片內存了。 下面修改一下這兩個程序:在 Sleep(-1) 前將 data 數組 的每個元素賦值為 -1:

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

再運行,它們佔用的內存都是 4M 了:

bss4


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