C程序存储空间布局

正文段（Text Segment），由CPU执行的机器指令部分，通常是只读并共享的，即使频繁执行的程序（文本编辑器，编译器，Shell等等）
初始化数据段（数据段，Data Segment），包含了程序中明确赋予初始值的变量，例如在所有函数体外定义int max = 99;
未初始化数据段（bss， block started by symbol 由符号开始的块），内核会在程序执行之前将包含在bss段的变量初始化为0或者空指针。例如在所有函数体外定义long sum[100];，sum存放在未初始化数据段中。
栈，自动变量以及每次函数调用时需要保存的信息都存放在栈中。每次函数调用时，返回地址以及调用者的环境信息（如某些机器寄存器的值）都存放在栈中。新调用的函数会在栈上分配自动变量和临时变量，这种机制使得递归函数可以正常工作。每次函数调用它自身，都会在栈中创建一个新的栈帧，栈帧中的变量不会相互影响。
堆，通常在堆中动态分配内存，堆位于未初始化数据段和栈之间

共享库

共享库中包含了多个可执行文件需要的库，在内存中只维护一个副本。这会减小可执行文件的大小，但是会增加一些运行时开销，这种开销产生于程序第一次执行或者共享库函数第一次被调用时。共享库的另一个优势在于，更新库函数版本时不用重新链接每个使用共享库的程序。

存储空间分配

# include<stdlib.c>
void *malloc(size_t size);
void *calloc(size_t nobj, size_t size);
void *realloc(size_t *ptr, size_t newsize);

void free(void *ptr);

这三个分配函数返回的指针一定是适当对齐的，使得它可以用于任何数据对象。alloc函数的返回值都是void *，当把这些函数返回的指针赋予一个不同类型的指针时，不需要显式地执行强制类型转换。

free释放ptr指向的存储空间，被释放的空间通常被送入可用存储区池，可被malloc函数再次分配。

realloc函数可以增减以前分配的存储区长度，如果该存储区后有足够的空间可以扩充，则可以在原存储区位置上向高地址方向扩充，无需移动任何原先的内容；如果在原存储区后没有足够的空间，则realloc分配另一个足够大的存储区，将当前存储区的内容复制到新分配的存储区，然后释放原存储区。

这些函数通过sbrk系统调用实现，该系统调用可扩充（或缩小）进程的堆。虽然sbrk可以扩充或缩小进程的存储空间，但是大多数malloc和free的实现都不缩小进程的存储空间。释放的空间可供以后再分配，但将它们保存在malloc池中而不返回给内核。

大多数实现分配的存储空间比要求的要稍大一些，额外的空间用来记录管理信息——分配块的长度、指向下一个分配块的指针等。如果超过分配块起始位置或结束位置写，会修改分配块的管理信息，这种错误是灾难性的并且很难发现。

另外的致命性错误包括：释放一个已经释放的块；释放并非由malloc函数创建的指针。如果一个进程调用malloc函数，但是忘了调用free，那么该进程占用的存储空间会持续增加，这被称为泄露（leakage）。如果不调用free返回不再使用的内存，进程的地址空间会不断增长，直至不再有空闲空间。此时由于过度的换页开销，性能会下降。

参考资料

《Unix环境高级编程（第三版）》
How are the size of the stack and heap limited by the OS?

Noob

C内存管理

C程序存储空间布局

共享库

存储空间分配

参考资料