bss、data和rodata差別與聯系

标簽： linux軟體連結位址 2013-01-22 09:19  7925人閱讀  評論(2)  收藏  舉報 有人可能會說，全局記憶體就是全局變量嘛，有必要專門一章來介紹嗎？這麼簡單的東西，還能玩出花來？我從來沒有深究它，不一樣寫程式嗎？關于全局記憶體這個主題雖然玩不出花來，但确實有些重要，了解這些知識，對于優化程式的時間和空間很有幫助。因為有好幾次這樣經曆，我才決定花一章篇幅來介紹它。

正如大家所知道的，全局變量是放在全局記憶體中的，但反過來卻未必成立。用static修飾的局部變量就是放在放全局記憶體的，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，堆實際上就是一個全局變量，它占用相當大的一塊記憶體，在運作時，把這塊記憶體進行二次配置設定。

這裡我們并不強調全局變量和全局記憶體的差别。在本文中，全局強調的是它的生命期，而不是它的作用域，是以有時可能把兩者的概念互換。

一般來說，在一起定義的兩個全局變量，在記憶體的中位置是相鄰的。這是一個簡單的常識，但有時挺有用，如果一個全局變量被破壞了，不防先查查其前後相關變量的通路代碼，看看是否存在越界通路的可能。

在ELF格式的可執行檔案中，全局記憶體包括三種：bss、data和 rodata。其它可執行檔案格式與之類似。了解了這三種資料的特點，我們才能充分發揮它們的長處，達到速度與空間的最優化。

1.         bss

已經記不清bss代表Block Storage Start還是Block Started by Symbol。像這我這種沒有用過那些史前計算機的人，終究無法明白這樣怪異的名字，也就記不住了。不過沒有關系，重要的是，我們要清楚bss全局變量有什麼樣特點，以及如何利用它。

通俗的說， bss是指那些沒有初始化的和初始化為0的全局變量。它有什麼特點呢，讓我們來看看一個小程式的表現。

int bss_array[1024 * 1024] = {0};

int main(int argc, char* argv[])

{

    return 0;

}

[[email protected] bss]# gcc -g bss.c -o bss.exe

[[email protected] 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

變量bss_array的大小為4M，而可執行檔案的大小隻有5K。  由此可見，bss類型的全局變量隻占運作時的記憶體空間，而不占檔案空間。

另外，大多數作業系統，在加載程式時，會把所有的bss全局變量全部清零，無需要你手工去清零。但為保證程式的可移植性，手工把這些變量初始化為0也是一個好習慣。

2.         data

與bss相比，data就容易明白多了，它的名字就暗示着裡面存放着資料。當然 ，如果資料全是零，為了優化考慮，編譯器把它當作bss處理。通俗的說， data指那些初始化過（非零）的非const的全局變量。它有什麼特點呢，我們還是來看看一個小程式的表現。

int data_array[1024 * 1024] = {1};

int main(int argc, char* argv[])

{

    return 0;

}

[[email protected] data]# gcc -g data.c -o data.exe

[[email protected] 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

僅僅是把初始化的值改為非零了，檔案就變為4M多。 由此可見，data類型的全局變量是即占檔案空間，又占用運作時記憶體空間的。

3.         rodata

rodata的意義同樣明顯，ro代表 read only，即隻讀資料(const)。關于 rodata類型的資料，要注意以下幾點：

l          常量不一定就放在rodata裡，有的立即數直接編碼在指令裡，存放在代碼段(.text)中。

l         對于 字元串常量，編譯器會 自動去掉重複的字元串，保證一個字元串在一個可執行檔案(EXE/SO)中隻存在一份拷貝。

l          rodata是在 多個程序間是共享的，這可以提高空間使用率。

l         在有的嵌入式系統中， rodata放在ROM(如norflash)裡， 運作時直接讀取ROM記憶體，無需要加載到RAM記憶體中。

l         在嵌入式linux系統中，通過一種叫作 XIP（就地執行）的技術，也可以直接讀取，而無需要加載到RAM記憶體中。

由此可見，把在運作過程中不會改變的資料設為 rodata類型的，是有很多好處的：在多個程序間共享，可以大大提高空間使用率，甚至不占用RAM空間。同時由于 rodata在隻讀的記憶體頁面(page)中，是受保護的，任何試圖對它的修改都會被及時發現，這可以幫助提高程式的穩定性。

4.         變量與關鍵字

static關鍵字用途太多，以緻于讓新手模糊。不過，總結起來就有兩種作用， 改變生命期和 限制作用域。如：

l         修飾inline函數：限制作用域

l         修飾普通函數：限制作用域

l         修飾局部變量：改變生命期

l         修飾全局變量：限制作用域

const 關鍵字倒是比較明了，用const修飾的變量放在 rodata裡，字元串預設就是常量。對const，注意以下幾點就行了。

l          指針常量：指向的資料是常量。如  const char* p =  “abc”; p指向的内容是常量 ，但p本身不是常量，你可以讓p再指向”123”。

l         常量指針：指針本身是常量。如：char*  const  p = “abc”; p本身就是常量，你不能讓p再指向”123”。

l         指針常量 + 常量指針：指針和指針指向的資料都是常量。const char* const p =”abc”; 兩者都是常量，不能再修改。

violatile關鍵字通常用來修飾多線程共享的全局變量和IO記憶體。告訴編譯器， 不要把此類變量優化到寄存器中，每次都要 老老實實的從記憶體中讀取，因為它們随時都可能變化。這個關鍵字可能比較生僻，但千萬不要忘了它，否則一個錯誤讓你調試好幾天也得不到一點線索。