一些概念 | ColdSnap の Blog

前言

在刷ROP题的时候涉及到将字符串写入内存的问题，学习过程中需要更加细致的了解一些概念，简单的记录一下自己的理解。

内存区域

简单的了解一下内存中的一些区域：

栈（stack）：由编译器自动分配及释放，存放着函数的参数值、局部变量的值等。
堆（heap）：一般是由程序员通过相应的函数分配和释放，若程序员不释放，程序结束可能由OS回收。
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（.data段，data segment），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（.bss段，bss segment）。程序结束后由系统释放。
文字常量区：存放文字等不可修改的常量，由系统分配和释放。
程序代码区：存放程序编译连接后生成的二进制机器码指令。

下面是一个例子了解这些区域：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;

static int a=1; //全局初始化区 
int b=2; //全局初始化区 
char *p; //全局未初始化区 
char *p2; //全局未初始化区 
int *p3; //全局未初始化区 
int *p4; //全局未初始化区 
char *p5={"555555555"}; //全局初始化区 

int main(){
    static int c=3;
    int d=4; //内存栈
    int e=7; //内存栈
    
    char *p6={"555555555"};
    p=(char*)malloc(sizeof(char)*10); //内存堆
    p2=(char*)malloc(sizeof(char)*10); //内存堆
    p3=(int*)malloc(sizeof(int)); //内存堆
    p4=(int*)malloc(sizeof(int)*10); //内存堆
    for(int i=0;i<=9;i++)p4[i]=0x1;


    *p3=0x123;
    strcpy(p,"123456789"); //文字常量区
    strcpy(p2,"987654321");
    strcpy(p2,"123456789");
}

关于这些内存区域的一些说明：

全局初始化区与全局（静态）初始化区是在同一段内存连续分配的，按内存地址增长方向分配
全局初始化区与全局未初始化区不在同一段内存区
栈空间也是同一段内存连续分配的，按内存地址减小方向分配
堆空间也是同一段内存连续分配的，按内存地址增大方向分配
文字常量区在自己特有的内存段内，且有机制控制字符常量不被修改（当字符串相同的时候，系统有时还会将两个指针指向同一处）
在文字常量区的字符串不可以被修改，而在内存堆空间的字符串可以被修改

bss段和data段

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。

text（二进制机器代码段）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；而bss段不在可执行文件中（不占用exe的空间，只标记空间大小），由系统初始化。

看一下这样两个程序：

#程序1 
#include <stdio.h>
 
int arr[1024*1024]={0};
//int arr[1024*1024];
 
int main()
{
	printf("hello!");	
	return 0;
}

#程序2
#include <stdio.h>
 
int arr[1024*1024]={1};
 
int main()
{
	printf("hello!");	
	return 0;
}

当我们编译完这两个程序之后查看编译好的文件大小会发现程序2比程序1要大。原因在于程序1的变量位于.bss段，而程序2的变量位于.data段。

全局的未初始化变量存在于.bss段中，具体体现为一个占位符；全局的已初始化变量存于.data段中；而函数内的自动变量都在栈上分配空间。

.bss是不占用.exe文件空间的，其内容由操作系统初始化（清零）；而.data却需要占用，其内容由程序初始化，因此造成了上述情况。

还有一些点需要注意：

.bss段（未手动初始化的数据）并不给该段的数据分配空间，只是记录数据所需空间的大小
.data（已手动初始化的数据）段则为数据分配空间，数据保存在目标文件中
.data段包含经过初始化的全局变量以及它们的值
.bss段的大小从可执行文件中得到，然后链接器得到这个大小的内存块，紧跟在数据段后面。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零。包含DATA和BSS段的整个区段此时通常称为数据区

总结

下面的图可以很好的理解和总结这些概念之间的关系：