1.程序的运行
对cpu来讲，内存只是一个存放指令和数据的地方，具体的运算在cpu内完成。程序员
1.寄存器（Register）
是CPU内部很是小、很是快速的存储部件，它的容量颇有限，对于32位的CPU，每一个寄存器通常能存储32位（4个字节）的数据，对于64位的CPU，每一个寄存器通常能存储64位（8个字节）的数据。为了完成各类复杂的功能，现代CPU都内置了几十个甚至上百个的寄存器，嵌入式系统功能单一，寄存器数量较少。编程
寄存器在程序的执行过程当中相当重要，不可或缺，它们能够用来完成数学运算、控制循环次数、控制程序的执行流程、标记CPU运行状态等。数组
2.缓存
虽然内存的读取速度已经很快了，可是和CPU比起来，仍是有很大差距的，不是一个数量级的，若是每次都从内存中读取数据，会严重拖慢CPU的运行速度，CPU常常处于等待状态，无事可作。在CPU内部设置一个缓存，能够将使用频繁的数据暂时读取到缓存，须要同一地址上的数据时，就不用大老远地再去访问内存，直接从缓存中读取便可。缓存
2.虚拟内存（内存地址都是假的）
1.虚拟地址
把程序给出的地址看作是一种虚拟地址（Virtual Address），而后经过某些映射的方法，将这个虚拟地址转换成实际的物理地址。这样，只要咱们可以妥善地控制这个虚拟地址到物理地址的映射过程，就能够保证程序每次运行时均可以使用相同的地址。函数
除了在编程时可使用固定的内存地址，给程序员带来方便外，使用虚拟地址还可以使不一样程序的地址空间相互隔离，提升内存使用效率。布局
使用了虚拟地址后，程序A和程序B虽然均可以访问同一个地址，但它们对应的物理地址是不一样的，不管如何操做，都不会修改对方的内存。spa
2.提升内存使用效率
使用虚拟地址后，操做系统会更多地介入到内存管理工做中，这使得控制内存权限成为可能。例如，咱们但愿保存数据的内存没有执行权限，保存代码的内存没有修改权限，操做系统占用的内存普通程序没有读取权限等。操作系统
3.内存对齐，提升寻址效率
将一个数据尽可能放在一个步长以内，避免跨步长存储，这称为内存对齐。线程
在32位编译模式下，默认以4字节对齐；在64位编译模式下，默认以8字节对齐。blog
内存对齐由编译程序实现，编译时咱们能够设置对齐长度。
4.内存分页机制
现代计算机都使用分页（Paging）的方式对虚拟地址空间和物理地址空间进行分割和映射，以减少换入换出的粒度，提升程序运行效率。
分页（Paging）的思想是指把地址空间人为地分红大小相等（而且固定）的若干份，这样的一份称为一页，就像一本书由不少页面组成，每一个页面的大小相等。如此，就可以以页为单位对内存进行换入换出：
- 当程序运行时，只须要将必要的数据从磁盘读取到内存，暂时用不到的数据先留在磁盘中，何时用到何时读取。
- 当物理内存不足时，只须要将原来程序的部分数据写入磁盘，腾出足够的空间便可，不用把整个程序都写入磁盘。
页的大小由硬件决定，或硬件支持多种，由操做系统选择一种大小，只能选一种。
内存分页由操做系统决定管理。
5.Linux下c语言程序的内存布局
内核空间和用户空间
操做系统会默认将高地址的1G或2G空间分配给内核，剩下的内存空间是用户空间
Linux下32位环境的用户空间内存分布状况：
程序代码区：主要存放二进制代码。不可修改，有执行权限
常量区：存放通常的常量，有读取权限，没有修改权限。因此数据不能修改
全局数据区：存放全局变量，静态变量等，有读写权限
堆区：由程序员分配和释放，malloc(),calloc()等函数操做的内存
栈区：存放函数的参数，局部变量值
一个程序的代码区，常量区，全局数据区在程序加载到内存的时候就分配好了，大小固定。
函数被调用时，会将参数、局部变量、返回地址等与函数相关的信息压入栈中，函数执行结束后，这些信息都将被销毁。因此局部变量、参数只在当前函数中有效，不能传递到函数外部，由于它们的内存不在了。
常量区、全局数据区、栈上的内存由系统自动分配和释放，不能由程序员控制。程序员惟一能控制的内存区域就是堆（Heap）：它是一块巨大的内存空间，经常占据整个虚拟空间的绝大部分，在这片空间中，程序能够申请一块内存，并自由地使用（放入任何数据）。堆内存在程序主动释放以前会一直存在，不随函数的结束而失效。在函数内部产生的数据只要放到堆中，就能够在函数外部使用。
6.用户模式和内核模式
内核空间存放的是操做系统内核代码和数据，是被全部程序共享的，在程序中修改内核空间中的数据不只会影响操做系统自己的稳定性，还会影响其余程序，这是很是危险的行为，因此操做系统禁止用户程序直接访问内核空间。
要想访问内核空间，必须借助操做系统提供的 API 函数，执行内核提供的代码，让内核本身来访问，这样才能保证内核空间的数据不会被随意修改，才能保证操做系统自己和其余程序的稳定性。
用户程序调用系统 API 函数称为系统调用（System Call）；发生系统调用时会暂停用户程序，转而执行内核代码（内核也是程序），访问内核空间，这称为内核模式（Kernel Mode）。
用户空间保存的是应用程序的代码和数据，是程序私有的，其余程序通常没法访问。当执行应用程序本身的代码时，称为用户模式（User Mode）。
7.栈的概念以及栈溢出
栈的概念：
栈内存由系统自动分配和释放：发生函数调用时就为函数运行时用到的数据分配内存，函数调用结束后就将以前分配的内存所有销毁。因此局部变量、参数只在当前函数中有效，不能传递到函数外部。
在计算机中，栈能够理解为一个特殊的容器，用户能够将数据依次放入栈中，而后再将数据按照相反的顺序从栈中取出。也就是说，先放入的数据最后才能取出，而最后放入的数据必须先取出。这称为先进后出（First In Last Out）原则。
栈的大小以及栈溢出
对每一个程序来讲，栈能使用的内存是有限的，通常是1M~8M，在程序编译时已经决定，运行期间不能改变，若是程序使用的栈超出最大值，就会发生栈溢出错误。
一个程序可能包含多个线程，每一个线程都有本身的栈，因此严格来讲，最大值是针对线程来讲的。
栈的大小是编译器决定的，咱们能够经过对编译器设置来调整栈的大小。
栈溢出攻击原理
C语言不会对数组溢出作检测，数组溢出致使覆盖了函数返回地址的例子，咱们将这样的错误称为“栈溢出错误”。
8.c语言动态内存分配
在进程的地址空间中，代码区、常量区、全局数据区的内存在程序启动时就已经分配好了，它们大小固定，不能由程序员分配和释放，只能等到程序运行结束由操做系统回收。这称为静态内存分配。
