题目

某进程的虚拟地址空间布局如下图所示（阴影部分为未占用区域）：

图（文字版）：从高地址到低地址依次为

• 操作系统内核区（最高）
• 用户栈
• （未占用阴影）
• 共享库的存储映射区
• （未占用阴影）
• 动态生成的堆（运行时由 malloc 创建）
• 读/写数据段
• 只读代码段
• 未使用区（最低）

有 C 程序：

char *ptr;

void main() {
    int length;
    ptr = (char *) malloc(100);
    scanf("%s", ptr);
    length = strlen(ptr);
    printf("length=%d\n", length);
    free(ptr);
}

请回答：

(1) 上述程序执行时，PCB 位于哪个区域？执行 scanf() 等待键盘输入时，进程处于什么状态？

(2) main() 函数的代码位于哪个区域？其直接调用的哪些函数的功能需要通过执行驱动程序实现？

(3) 变量 ptr 被分配在哪个区域？若变量 length 没有被分配在寄存器中，则会被分配在哪个区域？ptr 指向的字符串位于哪个区域？

解析

（1）PCB 位置 + scanf 时进程状态

PCB 位于内核区

PCB（Process Control Block）= 进程控制块——是操作系统用来管理进程的核心数据结构（包含 PID、状态、寄存器现场、页表指针、文件表等）。它是操作系统的私有数据，必须放在用户进程不能直接访问的地方——操作系统内核区。

编者注（关键区分）：

• PCB 在内核区——用户看不到、改不了
• 用户栈、堆、代码段都在用户区——用户程序可见、可读写（受权限控制）
• 这是 CPU "两态分离"在内存布局上的体现

scanf 等待时进程状态：阻塞态

scanf() 等待键盘输入是等待 I/O 完成——属于"等待外部事件"型阻塞。

进程状态变化：

题目问"等待键盘输入时"——这一刻进程处于 阻塞态。

（2）main 代码位置 + 哪些函数走驱动

main() 代码 → 只读代码段（.text）

C 编译后所有函数的机器指令都放在程序的"代码段"——也称 .text 段，运行时被加载到只读代码段。只读是为了防止程序意外或恶意修改自己的代码。

哪些被调用函数需要驱动程序？

逐个分析：

调用	功能	是否走驱动	用什么驱动
malloc(100)	分配堆内存	❌	通过 brk/mmap 系统调用，但不经过设备驱动
scanf("%s", ptr)	从键盘读	✅	键盘驱动
strlen(ptr)	计算字符串长度	❌	纯 CPU 计算
printf("length=%d\n", length)	向屏幕输出	✅	显示器驱动（终端 / 控制台驱动）
free(ptr)	释放堆内存	❌	通过 brk/munmap 系统调用，不走设备驱动

→ scanf() 和 printf() 需要驱动程序实现。

编者注（关键概念区分）：

• 系统调用 ≠ 设备驱动调用：malloc 走系统调用（brk）但不涉及驱动；scanf 既走系统调用（read）又触发设备驱动（键盘驱动）
• "涉及外设的"才需要驱动：键盘、屏幕、磁盘、网卡都是外设；内存分配是 CPU + MMU 的事，不算外设

（3）三个变量的存储区域

变量	在哪	理由
ptr	读/写数据段（.data/.bss）	char *ptr; 是全局变量（在 main 外定义），全局变量进数据段
length	用户栈	int length; 是 main 内部的局部变量，局部变量入栈（除非编译器优化进寄存器）
ptr 指向的字符串	堆区	malloc(100) 在堆上分配；ptr 只是栈外的"指针"，指针变量和指针指向的目标位置可以不同

编者注（典型陷阱：指针 vs 指针指向的目标）：

char *ptr;              // ptr 自己在 .data
ptr = malloc(100);       // ptr 指向 heap 的某 100 字节

这里有 3 个东西容易搞混：

1. ptr 这个变量本身（4 / 8 字节的指针，在数据段）
2. ptr 的值（堆上某个地址，如 0x7f1234）
3. ptr 指向的内容（堆上 100 字节）

题目问"ptr 在哪"是问 1，问"ptr 指向的字符串在哪"是问 3。两者位置不同，是这道题的核心考察点。

如果 ptr 是局部变量 char *ptr; void main() { ptr = ... }——则 ptr 在栈上，不在数据段。本题里 ptr 在 main 外面定义，所以是全局变量。

编者注（关于内存布局的总结）：

区	内容	谁创建	谁释放
内核区	PCB、内核代码 / 数据	OS	OS
用户栈	局部变量、函数参数、返回地址	编译器自动	编译器自动
共享库映射	libc 等动态库	加载器	加载器
堆	malloc / new 分配的对象	程序员（malloc）	程序员（free）
读/写数据段	全局变量、静态变量	链接器	进程退出时
只读代码段	函数代码、字符串字面量	链接器	进程退出时

Linux 严格按这个布局，本题的图是简化版（把 .data 和 .bss 合成"读/写数据段"，省了 PLT/GOT 等小区域）。考研掌握这张表就够了。