Linux內(nèi)核data段和bss段的區(qū)別

從進(jìn)程的角度，Linux內(nèi)核是采用虛擬地址空間的，如下兩張圖所示，分別為32位、64位系統(tǒng)下進(jìn)程地址空間的大概布局。

本文主要分析的是進(jìn)程的用戶空間地址中的數(shù)據(jù)分配，也就是上圖中低地址中用戶空間部分，下圖為用戶空間中內(nèi)存通用分布圖如下：

對于每個(gè)區(qū)域的作用可以從上圖中看出來，就不一一列舉，但是有幾個(gè)常見疑問值得好好分析一下：

bss段、data段分別存放什么樣的數(shù)據(jù)?兩者分開的好處是什么?

先整體看：bss段與data段首先說明：data段和bss段都屬于數(shù)據(jù)段，在編譯時(shí)分配。

data段：存放賦了初值的【全局變量、靜態(tài)變量】，屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。

bss段：存放未賦初值的【全局變量和靜態(tài)變量】，屬于靜態(tài)內(nèi)存分配

通過下面的測試程序，先直觀感受data段和bss段的區(qū)別：

左側(cè)定義了數(shù)組a，數(shù)組容量為4M,并沒有進(jìn)行初始化，右側(cè)定義同樣的數(shù)組，但是進(jìn)行了初始化,結(jié)果分析：

1、通過size命令查看，可以看到左側(cè)未初始化數(shù)組變量的程序bss段大約就是4M大小，右側(cè)初始化數(shù)組變量的程序data段大約是4M大小，從此也可以看出來未初始的全局變量存放在bss段，初始化的全局變量存放在data段中。

2、通過ls命令查看，分別可以看到兩者的可執(zhí)行文件的大小差距很大(分別為8328字節(jié)、4202648字節(jié))，未初始化的全局?jǐn)?shù)組變量并沒有占據(jù)實(shí)際的磁盤空間，初始化的全局?jǐn)?shù)組變量占據(jù)了數(shù)組對應(yīng)的磁盤空間。

下面進(jìn)一步分析：

先看bss段：bss段存放已經(jīng)定義但沒賦初值的【全局變量和靜態(tài)變量】，bss的英文全稱：Block Started Symbol，意為“以符號開始的塊”，由此也可以看出來bss段的數(shù)據(jù)/變量只有名稱和大小，只是簡單維護(hù)地址空間中開始和結(jié)束的地址。下面進(jìn)行詳細(xì)測試：

測試1：定義一個(gè)全局未初始化int類型數(shù)組，查看可執(zhí)行文件大小，各數(shù)據(jù)段的大小

測試1結(jié)果：由上測試結(jié)果可以看到，定義了一個(gè)未初始化的容量為4M的數(shù)組，可執(zhí)行文件大小才為8328字節(jié)，很明顯這4M大小的數(shù)組并沒有在編譯鏈接后的可執(zhí)行文件中分配實(shí)際的磁盤空間。再通過size命令查看進(jìn)程地址空間中各數(shù)據(jù)段的大小，可以看到bss段占據(jù)4194336字節(jié)，約4M大小空間，也說明全局未初始化變量分配在bss段,bss段不占用實(shí)際的磁盤空間，下面進(jìn)行測試2.

測試2：與測試1定義相同的數(shù)組，只不過初始化了數(shù)組為0。

測試2結(jié)果：可以發(fā)現(xiàn)與測試1結(jié)果相同，也就是說全局未初始化、全局初始化為0的變量都分配在bss段上。

測試3：定義一個(gè)靜態(tài)未初始化數(shù)組，數(shù)組容量大小4M，查看可執(zhí)行文件大小，各數(shù)據(jù)段的大小

測試3結(jié)果：與測試1對比發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)未初始化變量也分配在bss段上，同理測試2，如果靜態(tài)變量初始化為0，也分配在bss段上，其不占據(jù)相應(yīng)的磁盤容量。由測試1~測試3驗(yàn)證了：未初始化的全局變量、未初始化的靜態(tài)變量、初始化為0的全局變量、初始化為0的靜態(tài)變量存放在bss段，且不占用相應(yīng)的磁盤空間大小。

所以在Linux環(huán)境的C下，初始值為零和沒有賦初始值的變量放在BSS段，因?yàn)檫@些值都是零，所以就不需要放到文件里面，只在段表中記錄大小，在符號表中記錄符號，等程序加載的時(shí)候再賦值0就好了，從而節(jié)約了磁盤空間。

再來看data段測試4：定義一個(gè)全局初始化的數(shù)組a，容量為4M,查看可執(zhí)行文件大小，各數(shù)據(jù)段的大小

測試4結(jié)果：與測試1、測試2對比，可以看到全局初始化非0的變量分配在data段，占據(jù)對應(yīng)的磁盤空間。測試5：定義一個(gè)靜態(tài)初始化非0的數(shù)組a，容量大小為4M，查看可執(zhí)行文件大小，各數(shù)據(jù)段的大小

測試5結(jié)果：與測試4對比，與測試4結(jié)果相同，可以看到靜態(tài)初始化非0的變量存放在data段，占據(jù)對應(yīng)的磁盤空間。

由測試4~測試5驗(yàn)證了：全局初始化且初始化非0、靜態(tài)初始化且初始化非0的變量存放在data段，占據(jù)對應(yīng)的磁盤空間。

總結(jié)：

1、bss段(Block Started Symbol，意為“以符號開始的塊”)，只是簡單維護(hù)地址空間中開始和結(jié)束的地址，在實(shí)際運(yùn)行對內(nèi)存區(qū)域有效地清零即可。bss段存放全局未初始化/初始化為0、靜態(tài)未初始化/初始化為0的變量，在磁盤上并不占用相應(yīng)的磁盤空間。

2、data段，存放的是全局初始化(初始化非0)、靜態(tài)初始化(初始化非0)的變量，在磁盤中占用相應(yīng)的磁盤空間，這些變量在程序開始之前具有具體值，是可執(zhí)行文件的一部分，當(dāng)程序執(zhí)行運(yùn)行時(shí)，將可執(zhí)行文件加載到內(nèi)存中，讀取相應(yīng)的變量值。

3、bss段維護(hù)的是0值的數(shù)據(jù)變量，不需要占據(jù)相應(yīng)的磁盤空間，data段存放的是具體有效非0值，需要占據(jù)相應(yīng)的磁盤空間，以供程序運(yùn)行時(shí)加載讀取相應(yīng)的值。兩者分開維護(hù)管理，有效地降低可執(zhí)行文件占據(jù)磁盤的容量，否則初始化化數(shù)據(jù)項(xiàng)越多，可執(zhí)行文件越大，運(yùn)行時(shí)加載到內(nèi)存所需要的時(shí)間消耗越大。