bss、data和rodata区别与联系

不念不忘少年蓝@ 2022-08-11 07:30 167阅读 0赞

http://blog.csdn.net/laiqun\_ai/article/details/8528366

有人可能会说，全局内存就是全局变量嘛，有必要专门一章来介绍吗？这么简单的东西，还能玩出花来？我从来没有深究它，不一样写程序吗？关于全局内存这个主题虽然玩不出花来，但确实有些重要，了解这些知识，对于优化程序的时间和空间很有帮助。因为有好几次这样经历，我才决定花一章篇幅来介绍它。  
  
正如大家所知道的，全局变量是放在全局内存中的，但反过来却未必成立。用static修饰的局部变量就是放在放全局内存的，它的作用域是局部的，但生命期是全局的。在有的嵌入式平台中，堆实际上就是一个全局变量，它占用相当大的一块内存，在运行时，把这块内存进行二次分配。  
  
这里我们并不强调全局变量和全局内存的差别。在本文中，全局强调的是它的生命期，而不是它的作用域，所以有时可能把两者的概念互换。  
  
一般来说，在一起定义的两个全局变量，在内存的中位置是相邻的。这是一个简单的常识，但有时挺有用，如果一个全局变量被破坏了，不防先查查其前后相关变量的访问代码，看看是否存在越界访问的可能。  
  
在ELF格式的可执行文件中，全局内存包括三种：bss、data和  **rodata** 。其它可执行文件格式与之类似。了解了这三种数据的特点，我们才能充分发挥它们的长处，达到速度与空间的最优化。  
  
**1.         bss**  
已经记不清bss代表Block Storage Start还是Block Started by Symbol。像这我这种没有用过那些史前计算机的人，终究无法明白这样怪异的名字，也就记不住了。不过没有关系，重要的是，我们要清楚bss全局变量有什么样特点，以及如何利用它。  
  
通俗的说， **bss是指那些没有初始化的和初始化为0的全局变量**。它有什么特点呢，让我们来看看一个小程序的表现。  
int bss\_array\[1024 \* 1024\] = \{0\};  
  
int main(int argc, char\* argv\[\])  
\{  
    return 0;  
\}  
\[root@localhost bss\]\# gcc -g bss.c -o bss.exe  
\[root@localhost bss\]\# ll  
total 12  
\-rw-r--r-- 1 root root   84 Jun 22 14:32 bss.c  
\-rwxr-xr-x 1 root root 5683 Jun 22 14:32 bss.exe  
  
变量bss\_array的大小为4M，而可执行文件的大小只有5K。 ** ** **由此可见，bss类型的全局变量只占运行时的内存空间，而不占文件空间。**  
  
另外，大多数操作系统，在加载程序时，会把所有的bss全局变量全部清零，无需要你手工去清零。但为保证程序的可移植性，手工把这些变量初始化为0也是一个好习惯。  
  
**2.         data**  
与bss相比，data就容易明白多了，它的名字就暗示着里面存放着数据。当然 ，**如果数据全是零，为了优化考虑，编译器把它当作bss处理**。通俗的说， **data指那些初始化过（非零）的非const的全局变量**。它有什么特点呢，我们还是来看看一个小程序的表现。  
int data\_array\[1024 \* 1024\] = \{1\};  
  
int main(int argc, char\* argv\[\])  
\{  
    return 0;  
\}  
  
\[root@localhost data\]\# gcc -g data.c -o data.exe  
\[root@localhost data\]\# ll  
total 4112  
\-rw-r--r-- 1 root root      85 Jun 22 14:35 data.c  
\-rwxr-xr-x 1 root root 4200025 Jun 22 14:35 data.exe  
  
仅仅是把初始化的值改为非零了，文件就变为4M多。 **由此可见，data类型的全局变量是即占文件空间，又占用运行时内存空间的。  
  
3.         rodata  
rodata** 的意义同样明显，ro代表 **read only**，即只读数据(const)。关于 **rodata** 类型的数据，要注意以下几点：  
l          **常量不一定就放在** **rodata** 里，有的立即数直接编码在指令里，存放在代码段(.text)中。  
l         对于 **字符串常量**，编译器会 **自动去掉重复的字符串**，保证一个字符串在一个可执行文件(EXE/SO)中只存在一份拷贝。  
l          **rodata** 是在 **多个进程间是共享**的，这可以提高空间利用率。  
l         在有的嵌入式系统中， **rodata** 放在ROM(如norflash)里， **运行时直接读取ROM内存**，无需要加载到RAM内存中。  
l         在嵌入式linux系统中，通过一种叫作 **XIP**（就地执行）的技术，也可以直接读取，而无需要加载到RAM内存中。  
  
由此可见，把在运行过程中不会改变的数据设为 **rodata** 类型的，是有很多好处的：在多个进程间共享，可以大大提高空间利用率，甚至不占用RAM空间。同时由于 **rodata** 在只读的内存页面(page)中，是受保护的，任何试图对它的修改都会被及时发现，这可以帮助提高程序的稳定性。  
  
**4.         变量与关键字**  
static关键字用途太多，以致于让新手模糊。不过，总结起来就有两种作用， **改变生命期** 和 **限制作用域** 。如：  
l         修饰inline函数：限制作用域  
l         修饰普通函数：限制作用域  
l         修饰局部变量：改变生命期  
l         修饰全局变量：限制作用域  
  
const 关键字倒是比较明了，用const修饰的变量放在 **rodata** 里，字符串默认就是常量。对const，注意以下几点就行了。  
l         指针常量：指向的数据是常量。如 **const**char\* p =  “abc”; p指向的内容是常量 ，但p本身不是常量，你可以让p再指向”123”。  
l         常量指针：指针本身是常量。如：char\* **const** **p** = “abc”; p本身就是常量，你不能让p再指向”123”。  
l         指针常量 + 常量指针：指针和指针指向的数据都是常量。const char\* const p =”abc”; 两者都是常量，不能再修改。  
  
**violatile关键字通常用来修饰多线程共享的全局变量和IO内存**。告诉编译器， **不要把此类变量优化到寄存器中**，每次都要 **老老实实的从内存中读取**，因为它们随时都可能变化。这个关键字可能比较生僻，但千万不要忘了它，否则一个错误让你调试好几天也得不到一点线索。  
  
\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
http://blog.csdn.net/ouyang\_linux007/article/details/7448814

***//红色部分为问题部分***  
  
section 结构  
SECTIONS \{  
...  
secname start BLOCK(align) (NOLOAD) : AT ( ldadr )  
  \{ contents \} >region :phdr =fill  
...  
\}  
secname:段名  
contents:决定哪些内容存放在此段  
start:本段的连接地址（实际运行地址）  
AT(ldadr):存储地址（加载的地址）  
  
//例子U-Boot.lds代码（根据上面的section的介绍，虽能大体看懂，但是还是有些许疑惑）  
SECTIONS  
\{  
    . = 0x00000000;      // ?????此处对应 section结构中 哪个标识，我觉得应该是存储地址吧？？ 但却没有 AT 标识       
    . = ALIGN(4);        //此处应该是4字节对齐的意思,???? 但对应section结构中的哪个标志不是很明白  
    .text      :            //此处应该是secname 段名  
   \{  
         cpu/arm920t/start.o  
        (.text)          //大括号，应该为contents段，指示该段存放的内容  
        \*(.text)  
   \}  
   . = ALIGN(4);                    //以下类似  
   .rodata : \{ \*(.rodata) \}  
   . = ALIGN(4);  
   .data : \{ \*(.data) \}  
   . = ALIGN(4);  
   .got : \{ \*(.got) \}  
   . = .;  
  
   \_\_u\_boot\_cmd\_start = .;  
   .u\_boot\_cmd : \{ \*(.u\_boot\_cmd) \}  
   \_\_u\_boot\_cmd\_end = .;  
  
   . = ALIGN(4);  
   \_\_bss\_start = .;  
   .bss : \{ \*(.bss) \}  
   \_end = .;  
\}

问题1，二进制文件不包含BSS段，那把BSS段放在哪  
答：修改有1000个全局变量，难道要BIN里要存1000个0吗？在链接脚本里把BSS段组织在一起，记下它的起始地址、结束地址，重定位后把这块内存清0即可

问题2：全局变量不初始化的话默认初始化为零，干嘛还要手动清零  
答：因为它是在BSS段的

**bss****段：**

**BSS****段（****bsssegment****）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。****BSS****是英文****BlockStarted by Symbol****的简称。****BSS****段属于静态内存分配。**

**data****段：**

**数据段（****datasegment****）通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。**

**text****段：**

**代码段（****codesegment/textsegment****）通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定，并且内存区域通常属于只读****,****某些架构也允许代码段为可写，即允许修改程序。在代码段中，也有可能包含一些只读的常数变量，例如字符串常量等。**

**rodata****段：**

**存放****C****中的字符串和****\#define****定义的常量**

**heap****堆：**

**堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它的大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用****malloc****等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用****free****等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）**

**stack****栈：**

**是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“****\{\}”****中定义的变量（但不包括****static****声明的变量，****static****意味着在数据段中存放变量）。除此以外，在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存****/****恢复调用现场。从这个意义上讲，我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。**

**常量段：**

**常量段一般包含编译器产生的数据（与只读段包含用户定义的只读数据不同）。比如说由一个语句****a=2+3****编译器把****2+3****编译期就算出****5****，存成常量****5****在常量段中**

一般情况下，一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的——本概念是当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要，牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配，存储单元占用空间大小的问题。

在采用段式内存管理的架构中（比如intel的80x86系统），bss段（Block Started by Symbol segment）通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，一般在初始化时bss 段部分将会清零（bss段属于静态内存分配，即程序一开始就将其清零了）。

比如，在C语言程序编译完成之后，已初始化的全局变量保存在.data 段中，未初始化的全局变量保存在.bss 段中。

l          text和data段都在可执行文件中（在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中），由系统从可执行文件中加载；

l          而bss段不在可执行文件中，由系统初始化。

编译两个小程序如下：

程序1:

int ar\[30000\];  
void main()  
\{

......

程序2: