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程序底层——程序如何在RAM ROM运行,内存分配与分区

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发表于 2016-5-31 12:11:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
关于RAM ROMRAM与ROM就是具体的存储空间,统称为存储器
  • RAM(random access memory):运行内存,CPU可以直接访问,读写速度非常快,但是不能掉电存储。它又分为:
    • 动态DRAM,速度慢一点,需要定期的刷新(充电),我们常说的内存条就是指它,价格会稍低一点,手机中的运行内存也是指它
    • 静态SRAM,速度快,我们常说的一级缓存,二级缓存就是指它,当然价格高一点。
  • ROM(read only memory):存储性内存,可以掉电存储,例如SD卡、Flash(机械磁盘也可以简单的理解为ROM)。用的多的:NandFlash,还有NorFlash,现在用的已经比较少了(两者主要区别是前者空间大,便宜,后者可以直接运行程序,读取速度快)
由于RAM类型不具备掉电存储能力(即一停止供电数据全没了,从新上电后全是乱码,所以需要初始化),所以app程序一般存放于ROM中。RAM的访问速度要远高于ROM,价格也要高。




RAM与ROM协同工作由于RAM不能掉电存储,所以我们的APP程序,刷机包,下载的文件等等,都是在ROM里面存储的。
手机里面使用的ROM基本都是NandFlash,CPU是不能直接访问的,而是需要文件系统/驱动程序(嵌入式中的EMC)将其读到RAM里面,CPU才可以访问。另外,RAM的速度也比NandFlash快。
内存分区:可以分为5个区说到内存分区,内存即指的是RAM
  • 栈区(stack): 这个一般由编译器操作,或者说是系统管理,会存一些局部变量,函数跳转跳转时现场保护(寄存器值保存于恢复),这些系统都会帮我们自动实现,无需我们干预。 所以大量的局部变量,深递归,函数循环调用都可能耗尽栈内存而造成程序崩溃
  • 堆区(heap): 一般由程序员管理,比如alloc申请内存,free释放内存。我们创建的对象也都放在这里
  • 全局区(静态区 static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域, 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放。注意:在嵌入式系统中全局区又可分为未初始化全局区:.bss段和初始化全局区:data段。举例:int a;未初始化的。int a = 10;已初始化的。
  • 常量区:常量字符串就是放在这里的,还有const常量
  • 代码区:存放代码,app程序会拷贝到这里,程序不是在ROM里面存储吗?看下面的举例



图中各个区并不连续
1.png





程序运行举例(CPU RAM ROM之间协同)首先了解下:虚拟内存与物理内存手机上的所有程序都是依托操作系统,运行在虚拟内存上的,每一个APP都会以为自己拥有所有的虚拟内存。比如一个手机,它是32位操作系统(一般也是32位总线),真实的物理内存为2G:
那么他的寻址空间为4G(2的32次方),对于APP来说,它觉得自己拥有4G的内存,虽然这是不可能的(或者说同一时间是不可能的),但是,操作系统只要保证APP当时用到的地址空间有真实的物理地址对应就可以,APP也不需要知道那对应的2G真实物理内存具体在哪里。不要求4G的虚拟内存同一时间都有真实的物理内存相对应,当然那也是不可能的,因为只有2G物理内存
在下面的举例中,只考虑虚拟内存
当我们点击手机屏幕APP的Icon启动一个APP(例如微信)时
  • 操作系统会为微信开辟4G的虚拟内存空间(开辟真实的物理内存,对应一部分到4G的虚拟内存)
  • 操作系统会把存储在ROM里面微信的部分代码(受空间所限,不可能全部拷贝),拷贝到上一步开辟的4G内存空间的代码区,如上图
  • 然后CPU就可以访问RAM来运行微信的程序了
假设通过微信我们下载了一个100M的视频,那么会从服务器一点一点的下载到RAM,然后再从RAM写到ROM存储。这样才能保证,我们关掉微信并再次打开时视频还在
假设隔一段时间,我们要看视频,程序会将它从ROM读到RAM然后解码播放


2.png




编程注意当一个app启动后,代码区,常量区,全局区地址已固定,因此指向这些区的指针不会为空而产生崩溃性的错误。而堆区和栈区是时时刻刻变化的(堆的创建销毁,栈的弹入弹出),所以当使用一个指针指向这两个区里面的内存时,一定要注意内存是否已经被释放,否则会产生程序崩溃(编程中很常见)。


文/时间已静止(简书作者)



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