運行過程中程序中的變數存儲在哪？

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在我理解中CPU只能訪問內存中的信息，當需要與外界交互的時候需要CPU操縱外設將信息載入內存，不知道我的理解有沒有問題？那麼，當一個程序運行的時候，系統會將源程序載入內存，CPU通過訪問內存獲取程序和資源，那程序在運行計算流程的時候，程序變數存儲在哪？是在CPU緩存么？

先將程序變數這個概念，細分成兩部分。一是變數本身的名字，二是變數引用的數據。這樣問題就會轉換成，變數的名字存儲在那裡？變數引用的數據存儲在哪裡？

在 C 語言，變數名字又分成內部名字和外部名字。名字編譯後會被映射成數據的地址（可以是絕對地址或者偏移地址），如何通過地址來訪問數據，本身就是代碼的一部分。而外部變數的地址，在編譯的時候還不能完全確定，就先空著，等鏈接的時候再進行回填。為支持鏈接，外部變數的名字經過 name mangling 後需要存儲在符號表當中。

C 語言寫的程序，在運行時是不需要變數名字的，已經映射成數據的地址，成為代碼的一部分了。

那變數表示的數據存儲在哪裡？存儲在內存當中啊。更準確地說是存儲在虛擬內存中。

圖所示的就是 32 位 Linux 程序在運行時的虛擬地址空間。程序數據可以存儲在棧當中，也可以存儲在堆當中。另外全局數據（對應於全局變數），一開始就分配好的，空間大小是固定的。而棧空間、和堆空間的大小是會變化的，見箭頭方向。

程序中用到的所有地址，都不是真實的內存地址，只是虛擬內存地址。程序用到虛擬內存，分成一頁頁，比如每頁是 4K。有些頁確實存儲在真實的內存當中，但有些頁存儲在磁碟當中，有些頁就單純空著。操作系統和硬體會將虛擬內存映射成真實的內存，具體的程序不用關心。當程序訪問的虛擬內存頁並不在真實內存中時，就會觸發缺頁中斷，操作系統這時就將對應的頁載入到真實內存，再重新訪問。假如這時真實內存滿了，就將太久沒有使用的頁轉出到磁碟當中。程序就認為自己獨立擁有了 4G 虛擬地址空間。

程序啟動時，也不需要真的將信息載入到真實的內存，而只需要建立映射。這樣當程序運行時，就產生缺頁中斷。需要用到的信息就很自然載入到真實內存當中，而沒有真正用到的信息可以一直保留在磁碟當中。因此就算真實內存只有 1G，也可以運行 4G 的程序。

更具體的問題很難一下子就完全明白，再看看書吧，慢慢就會知道的了。知識是網狀的，而不是線性的，沒有可能從頭看到尾就一下子全明白，也不用一下子就全部弄清楚。

簡單說，所有變數都是放在內存中，運算的時候根據指令的需要部分變數會首先被載入到寄存器中，然後進行運算，運算結果根據指令的需要保存到內存中。從內存中載入變數到寄存器的過程中，如果有cache的話，cpu會首先根據變數的地址去查詢cache中是否有此變數，若有則表示命中，若無則去內存中取自己訪問這個變數，並將此變數所在的塊一起讀到cache中保存（注意，不僅僅讀該變數），具體情況根據cpu中實現的cache讀寫策略的不同而定。

另外，需要注意的是程序也是保存在內存中，只是根據連接器的鏈接腳本里的規則，程序和數據是從不同的地址開始的，具體可以查看《程序員的自我修養》和《深入理解計算機系統》，或者找到gnu binutils去hacking裡面的鏈接腳本ldscript。

程序的起始地址會被保存在pc中。而對於數據來說較為複雜一些，在內存中會分成好幾個段，因為數據還分為局部變數（保存在棧里stack），全局變數靜態變數（.bss段中）和常量（保存在.bss段中），malloc或者new出來的東西放在堆上（heap）。因此，對於不同的架構對於這些段的訪問方式也不同，某些架構會提供所謂的數據指針（Data Pointer，DP）去訪問這些數據，還有一部分直接通過指令去訪問這些地址。

上面說的這些都是在最簡單的系統中是這樣處理的。如果有硬碟，並且支持較為複雜操作系統的情況下（以x86，linux為例），操作系統需要通過mmu來進行內存管理，常見的段、頁調度策略就起作用了，將任務或者應用多包含的程序和數據在內存和硬碟之間調入調出。

我說的也不完整，建議仔細閱讀《程序員的自我修養》和《深入理解操作系統》，並找個gcc編譯器反彙編對照一下，便於理解，沒什麼難的。

csapp會告訴你答案

操作數放在寄存器里，寄存器從cache拿，cache從內存拿，但是本質上都是從內存讀寫，寄存器和cache只是為了平衡計算速度和訪存速度，具體就是利用程序的局部性，構建多層存儲結構，從cache到內存越來越大越來越慢。也有一種數據流體系結構，數據不需要暫存，在指令之間流動就好