對(duì)于人類來說，我們不喜歡拐彎抹角，喜歡更直接的東西，“有話直說”、“沒有中間商賺差價(jià)”、“簡潔的設(shè)計(jì)”等等，然而對(duì)于計(jì)算機(jī)，尤其是對(duì)內(nèi)存管理來說則恰恰相反， 在這里"簡潔"的設(shè)計(jì)往往不是好的設(shè)計(jì) ，這到底是什么意思呢？

我們?cè)诤茉绲奈恼轮芯吞岬竭^，內(nèi)存從本質(zhì)上將非常簡單，你可以將其想像成一個(gè)個(gè)的小盒子組成，每個(gè)小盒子要么能存儲(chǔ)1要么存儲(chǔ)0，每8個(gè)小盒子組成一個(gè)字節(jié)(8比特)，每個(gè)字節(jié)都有一個(gè)唯一的地址，通過這個(gè)地址我們就能從相應(yīng)的一組小盒子取出這個(gè)比特。

其它沒了。

看到了吧，內(nèi)存本身其實(shí)是非常簡單的，然而程序員以及程序使用內(nèi)存的方式又讓這個(gè)問題變得復(fù)雜起來，分析任何復(fù)雜問題都要抓住重點(diǎn)、抓住核心問題，那么這里的重點(diǎn)以及核心是什么呢？

不賣關(guān)子，這里的核心在于兩個(gè)字： 尋址 ，Addressing。

一切都是圍繞尋址展開的。

尋址，最重要的就是尋址

什么是尋址 Addressing？所謂尋址就是找到內(nèi)存中某個(gè)我們需要的數(shù)據(jù)的方式。

哪怕以我們平時(shí)去儲(chǔ)物柜取東西都有很多“尋址”方式：

• 直接告訴我們一個(gè)編號(hào)，我們拿到這個(gè)編號(hào)后按個(gè)去找，就像下面這張圖，我們需要找到東西在第15號(hào)儲(chǔ)物柜中，那么我們根據(jù)15這個(gè)地址就能找到第15號(hào)儲(chǔ)物柜。
  

• 當(dāng)然我們也可以將儲(chǔ)物柜劃分區(qū)域，還是以剛才的儲(chǔ)物柜為例我們可以劃分為3個(gè)區(qū)域，當(dāng)我們需要找東西時(shí)告訴我們其在儲(chǔ)物柜的哪個(gè)區(qū)域，以及在該區(qū)域中的"偏移"是多少。

  以下圖為例我們需要的東西在第二個(gè)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的偏移為6(該區(qū)域中的第6個(gè)儲(chǔ)物柜)。

  

實(shí)際上，第一種更像是“絕對(duì)尋址”，什么意思呢？就是找到某個(gè)具體的儲(chǔ)物柜是根據(jù)一個(gè)“寫死的地址”(hardcode)，很死板，第二種更像是相對(duì)尋址，稍顯靈活一些。

怎么樣，你是不是感覺這兩種其實(shí)也沒什么區(qū)別嘛，的確，對(duì)于找儲(chǔ)物柜這個(gè)例子來說這兩種方式的確沒什么區(qū)別，但對(duì)于內(nèi)存來說就不太一樣了。

死板 vs 靈活

我們知道程序以及程序使用的數(shù)據(jù)編譯好后存放在磁盤上，運(yùn)行時(shí)要加載到內(nèi)存中，因此這里同樣存在尋址問題：我們需要根據(jù)內(nèi)存地址找到機(jī)器指令以及數(shù)據(jù)，接下來假設(shè)有一個(gè)只有8字節(jié)大小的內(nèi)存和一個(gè)只有2字節(jié)機(jī)器指令的程序(無需關(guān)心實(shí)際意義)：

這段2字節(jié)的代碼非常簡單，其實(shí)就是一個(gè)無意義的while循環(huán)，注意看這里的jmp這條指令，我們直接跳轉(zhuǎn)到內(nèi)存地址2，這就是一個(gè)寫死(hard code)的內(nèi)存地址，這就意味著我們必須把該程序加載到內(nèi)存地址為2的位置上：

否則這段指令根本沒有辦法運(yùn)行，比如我們把這段代碼加載到內(nèi)存地址6上去：

那么在執(zhí)行jmp 2時(shí)我們根本沒有辦法跳轉(zhuǎn)到add這行指令，有的同學(xué)可能覺得無所謂，不就是內(nèi)存地址寫死了嘛，好像也沒什么大不了的吧。

如果一次只能運(yùn)行一個(gè)程序的確也沒什么大不了的，但對(duì)于操作系統(tǒng)最核心的功能之一：多任務(wù)，也就是一次可以運(yùn)行多個(gè)程序來說這個(gè)方案簡直行不通。

在這種方案下你幾乎沒有辦法一次運(yùn)行多個(gè)程序，除非在運(yùn)行之前你給要運(yùn)行的這幾個(gè)程序劃定好區(qū)域，比如要運(yùn)行兩個(gè)程序A和B，A占用03這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存；B占用46這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存， 對(duì)于現(xiàn)代程序員來說你能想象在程序運(yùn)行之前就需要給它劃定好區(qū)域嗎？ 顯然，這非常繁瑣，也容易出錯(cuò)。

如果你在上世紀(jì)六七十年代寫代碼，面臨的大概就是這樣一種狀況。

實(shí)際上這個(gè)問題的核心就在于 重定位 ， 程序使用的地址不能綁定在一個(gè)內(nèi)存區(qū)域上，需要足夠靈活，我們需要在不修改代碼的情況下把程序加載到任意內(nèi)存區(qū)域上運(yùn)行！ 想一想該怎么解決這個(gè)問題。

作為程序員肯定和文件路徑打過交道，如果你能明白絕對(duì)路徑與相對(duì)路徑就能解決重定位問題。

絕對(duì)路徑與相對(duì)路徑

想一想絕對(duì)地址有什么問題？這個(gè)問題就好比你在程序中讀取一個(gè)絕對(duì)地址時(shí)：

/user/xiaofeng/doc/a.c

如果是你自己的計(jì)算機(jī)那么沒有問題， 但如果這個(gè)程序在其它人的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行就不一定了，因?yàn)槠渌说挠?jì)算機(jī)中不一定有這個(gè)路徑 ，這時(shí)該怎么辦呢？聰明的你一定知道，那就不要使用絕對(duì)路徑，而是使用相對(duì)路徑就可了：

./a.c

其中./表示程序運(yùn)行時(shí)所在的路徑，這時(shí)不管這個(gè)程序在哪個(gè)路徑下運(yùn)行都能找到a.c這個(gè)文件，這時(shí)所在的目錄就成為了 基準(zhǔn) 。

解決重定位這個(gè)問題也是同樣的道理，編程生成可執(zhí)行程序時(shí)不再使用 絕對(duì)內(nèi)存地址 ，而是使用相對(duì)地址，怎么使用相對(duì)地址呢？相對(duì)于誰呢？很簡單， 相對(duì)于該程序被加載到的內(nèi)存起始地址 。

此時(shí)我們的jmp命令后面不再是一個(gè)絕對(duì)的內(nèi)存地址，而是一個(gè)相對(duì)地址：0，但畢竟向內(nèi)存發(fā)出讀寫指令時(shí)必須使用一個(gè)內(nèi)存地址，那么CPU執(zhí)行jmp 0時(shí)該怎樣將其轉(zhuǎn)為一個(gè)內(nèi)存地址呢？

很簡單，因?yàn)檫@一段程序被加載到了內(nèi)存起始地址2，因此只需要用相對(duì)地址加上起始地址得到的就是真實(shí)的物理內(nèi)存地址：

物理地址 = 起始地址 + 相對(duì)地址

很簡單吧， 這樣不管這段程序被加載到了哪個(gè)內(nèi)存區(qū)域，只要我們知道起始地址那么總能計(jì)算出真實(shí)的物理內(nèi)存地址 ，重定位問題就可以這樣解決。

實(shí)際上你會(huì)發(fā)現(xiàn)， 這個(gè)儲(chǔ)物柜的第二種尋址方式也沒有什么區(qū)別 。