2. 进程地址空间概念：进程地址空间布局、用户空间与内核空间划分、地址空间随机化(ASLR)

进程地址空间是操作系统为每个进程提供的虚拟内存视图。它屏蔽了物理内存的细节，为每个进程提供了一个独立、连续且安全的虚拟内存范围。理解进程地址空间的布局、用户态与内核态的划分以及地址空间随机化（ASLR）机制，是掌握 Linux 内存管理的基石。

2.1 进程地址空间布局

在 64 位 Linux 系统（如 x86_64）上，尽管虚拟地址空间理论上可达 2^64 字节，但实际实现中通常只使用低 47 位（或 48 位），并遵循经典的布局结构。一个典型的进程地址空间从低地址到高地址包含以下几个主要区域：

2.1.1 各段详细说明

2.2 用户空间与内核空间划分

为了保障系统安全与稳定，Linux 将虚拟地址空间划分为两个部分：用户空间 和 内核空间。这种划分是通过硬件（MMU）和操作系统协同实现的。

• 用户空间 (User Space)：进程在用户态（Ring 3）下运行时可以访问的地址范围。每个进程拥有独立的用户空间，进程间默认无法互相访问。
• 内核空间 (Kernel Space)：操作系统内核在核心态（Ring 0）下运行时使用的地址范围。内核空间是全局的，所有进程共享同一个内核空间映射。

在 x86_64 架构上，典型的划分比例为：

2.3 地址空间随机化 (ASLR)

地址空间随机化（Address Space Layout Randomization, ASLR）是一种安全技术，用于防止缓冲区溢出等内存破坏攻击。它通过随机化进程地址空间中关键区域（如栈、堆、共享库、mmap 区域）的基地址，使得攻击者难以预测目标内存地址。

2.3.1 ASLR 随机化的区域

• 栈基址：每次进程启动时，栈的起始地址都会随机偏移。
• 堆基址：堆的起始地址也会随机化。
• 共享库基址：动态链接库（如 libc.so）的加载地址随机化。
• mmap 区域基址：通过 mmap 系统调用映射的区域。
• 可执行程序基址：PIE（Position Independent Executable）程序本身的加载地址也会随机化。

2.3.2 ASLR 的配置与查看

ASLR 的随机化程度由内核参数 /proc/sys/kernel/randomize_va_space 控制：

cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space

echo 0 > /proc/sys/kernel/randomize_va_space

2.3.3 ASLR 效果演示

以下代码片段展示了 ASLR 如何影响栈地址：

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

int main() {
    int stack_var;
    printf("栈变量地址: %p\n", &stack_var);
    return 0;
}

多次运行该程序，你会发现栈变量的地址每次都不同（在 ASLR 开启的情况下）。