我们先看一下进程的内存分配

操作系统加载可执行文件后，创建了一个进程，这个进程就有了自己的虚拟地址空间，每个进程的虚拟地址空间结构都一样，如下图所示（64位虚拟内存空间）。

在目前的 64 位系统下只使用了 48 位来描述虚拟内存空间，寻址范围为 2^48 ，所能表达的虚拟内存空间为 256TB。用户态虚拟内存空间与内核态虚拟内存空间分别占用 128T，其中低128T 分配给用户态虚拟内存空间，高 128T 分配给内核态虚拟内存空间。

通过这张图你可以看到，用户空间内存，从低到高分别是几种不同的内存段：

• 0x0000 0000 到 0x0040 0000 这段虚拟内存地址是一段不可访问的保留区，因为在大多数操作系统中，数值比较小的地址通常被认为不是一个合法的地址，这块小地址是不允许访问的。比如在 C 语言中我们通常会将一些无效的指针设置为 NULL，指向这块不允许访问的地址。
• 代码段，包括二进制可执行代码；
• 在代码段跟数据段的中间还有一段不可以读写的保护段，它的作用是防止程序在读写数据段的时候越界访问到代码段，这个保护段可以让越界访问行为直接崩溃，防止它继续往下运行。
• 数据段，包括已初始化的静态常量和全局变量；
• BSS 段，包括未初始化的静态变量和全局变量；
• 堆段，包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长；
• 堆空间的上边是一段待分配区域，用于扩展堆空间的使用
• 文件映射段，包括动态库、共享内存等，从低地址开始向上增长
• 栈段，包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的，一般是 8 MB。当然系统也提供了参数，以便我们自定义大小；
• 由高 16 位空闲地址造成的 canonical address 空洞。在这段范围内的虚拟内存地址是不合法的，因为它的高 16 位既不全为 0 也不全为 1，不是一个 canonical address，所以称之为 canonical address 空洞。

备注：

canonical address 空洞是如何形成的呢？

我们都知道在 64 位机器上的指针寻址范围为 2^64，但是在实际使用中我们只使用了其中的低 48 位来表示虚拟内存地址，那么这多出的高 16 位就形成了这个地址空洞。

如果虚拟内存地址中的高 16 位全部为 0 （表示用户空间虚拟内存地址）或者全部为 1 （表示内核空间虚拟内存地址），这种地址的形式我们叫做 canonical form，对应的地址我们称作 canonical address 。

在上面的内存段中，堆和文件映射段的内存是动态分配的。比如说，使用 C 标准库的 malloc() 或者 mmap() ，就可以分别在堆和文件映射段动态分配内存。

• 每个进程都有自己的地址空间：

• 操作系统会拦截任何恶意内存访问

• 进程的PCB中会存储其地址范围：

然后再看一下线程的栈内存分配原理

在同一进程中，不同线程的栈空间分配具备独立性与特定规律。

进程拥有自身的虚拟地址空间，此空间主要划分为用户空间与内核空间，而线程的栈空间隶属于进程的用户空间中的栈区域部分。当线程被创建时，操作系统会在进程的用户空间的栈区域为其分配一块独立的栈空间，用于存储线程的局部变量、函数调用的参数及返回地址等信息。例如在 Linux 系统中，默认的线程栈大小通常在 1 - 8MB 之间，像使用 pthread 库创建线程时，默认栈空间大小可能为 2MB，且该大小可借助系统参数进行调整。

从底层实现来看，当线程创建函数（如 pthread_create 函数）被调用时，系统会于进程地址空间的恰当位置预留出一段连续的虚拟内存地址范围作为新线程的栈空间，其过程类似在进程的用户栈区域中切分一块区域给新线程，并且栈空间是向下生长的，即栈顶指针初始指向高地址，随着函数调用等操作逐渐向低地址方向移动。

在创建多个线程时，栈空间划分遵循特定原理。

一方面是基于固定大小划分，操作系统一般会依据系统预先设定（或用户指定）的栈大小，在进程的地址空间里为每个线程依次划分独立的栈区域。例如，若进程的栈空间地址范围是从 0x1000 - 0x5000，假设栈大小为 0x800 字节，第一个线程可能被分配从 0x1000 - 0x1800，第二个线程从 0x1800 - 0x2000，依此类推，且各线程栈空间处于进程用户空间内并相互隔离，避免线程间栈操作的相互干扰。

另一方面，划分时会考虑内存对齐与系统限制。为提升内存访问效率，线程栈空间的起始地址需满足系统内存对齐要求，如系统要求内存按 4 字节对齐，那么栈空间起始地址便是 4 的倍数。同时，由于整个进程的虚拟地址空间有限，若创建线程过多，可能出现无法为新线程划分足够栈空间的情况，此时系统会返回错误信息以表明无法创建新线程。

总体而言，这种线程栈空间的分配机制，保障了线程在函数调用等操作中的独立性，使得每个线程能在各自的栈空间内互不干扰地执行任务并存储相关数据。