La memoria virtuale è un’astrazione sopra la memoria fisica (RAM) e permette al sistema operativo di gestire l’allocazione e l’accesso alla memoria in modo molto più flessibile ed efficiente durante l’esecuzione di un processo. Tale astrazione viene mappata (mapping) alla memoria fisica da parte del sistema operativo, che utilizza la MMU (Memory Management Unit) per gestire la traduzione degli indirizzi virtuali in indirizzi fisici.
SEGMENTAZIONE
La memoria virtuale di un processo è suddivisa in pagine di dimensione fissa, che rappresentano l’unità elementare di allocazione e traduzione degli indirizzi. Sopra questa suddivisione di base, le pagine possono essere raggruppate in segmenti logici, ciascuno dedicato a una funzione specifica del programma (ad esempio codice, dati, heap, stack). I segmenti rappresentano quindi un livello di organizzazione più alto, che rispecchia la struttura semantica del processo e permette al sistema operativo di applicare politiche di protezione, condivisione e gestione più flessibili:
KERNEL SPACE
Questa zona è riservata al kernel del sistema operativo, che è il cuore del sistema e gestisce tutte le risorse hardware. Il kernel ha accesso completo alla memoria del sistema e può manipolarla liberamente. A questa parte di memoria non può accedere direttamente un processo in esecuzione (programma utente).
STACK UTENTE (↓):
Lo stack è una struttura dati usata dai programmi per memorizzare variabili locali, indirizzi di ritorno da funzioni e informazioni relative all’esecuzione delle funzioni. Lo stack cresce verso il basso, ossia dalla fine dell’area di memoria verso l’indirizzo basso. Ogni volta che una funzione viene chiamata, viene aggiunto un nuovo frame allo stack.
SPAZIO LIBERO:
Questa zona è semplicemente “non utilizzata” e può essere occupata per vari scopi, a seconda del sistema operativo e dell’applicazione. Serve soprattutto a non far collidere heap e stack, che crescono sopra questo spazio.
HEAP UTENTE (↑):
L’heap è un’area di memoria utilizzata per l’allocazione dinamica. Qui vengono allocate dinamicamente le variabili, cioè quelle variabili la cui dimensione e durata sono determinate in fase di esecuzione. Quando un processo richiede una nuova porzione di memoria durante l’esecuzione, questa memoria viene allocata dall’heap. A differenza dello stack, l’heap cresce verso l’alto, ossia dall’indirizzo basso verso l’indirizzo alto.
.bss (UNINITIALIZED DATA):
La sezione .bss contiene variabili globali non inizializzate. Quando il processo viene eseguito, il sistema operativo assegna a queste variabili un valore di default, che solitamente è zero.
.data (INITIALIZED DATA):
La sezione .data contiene variabili globali e statiche inizializzate (ovvero variabili che hanno un valore definito all’inizio del programma). Per esempio, un array dichiarato come int arr[] = {1, 2, 3}; finirà in questa sezione.
.text (CODICE):
La sezione .text contiene il codice eseguibile del programma (le istruzioni del programma stesso). È la parte che il processore esegue. Le istruzioni contenute in .text sono generalmente solamente in lettura per evitare modifiche accidentali da parte del processo in esecuzione.
RISERVATO / NULL:
Gli indirizzi bassi spesso sono non validi o riservati per l’uso del sistema operativo, e a volte sono utilizzati per valori nulli o per il controllo degli errori. Questi indirizzi non vengono mai utilizzati da un programma utente, e l’accesso a questa zona è generalmente proibito.