http://blog.csdn.net/vanbreaker/article/details/7855007
在32位的系统上,线性地址空间可达到4GB,这4GB一般按照3:1的比例进行分配,也就是说用户进程享有前3GB线性地址空间,而内核独享最后1GB线性地址空间。由于虚拟内存的引入,每个进程都可拥有3GB的虚拟内存,并且用户进程之间的地址空间是互不可见、互不影响的,也就是说即使两个进程对同一个地址进行操作,也不会产生问题。在前面介绍的一些分配内存的途径中,无论是伙伴系统中分配页的函数,还是slab分配器中分配对象的函数,它们都会尽量快速地响应内核的分配请求,将相应的内存提交给内核使用,而内核对待用户空间显然不能如此。用户空间动态申请内存时往往只是获得一块线性地址的使用权,而并没有将这块线性地址区域与实际的物理内存对应上,只有当用户空间真正操作申请的内存时,才会触发一次缺页异常,这时内核才会分配实际的物理内存给用户空间。
用户进程的虚拟地址空间包含了若干区域,这些区域的分布方式是特定于体系结构的,不过所有的方式都包含下列成分:
可执行文件的二进制代码,也就是程序的代码段
存储全局变量的数据段
用于保存局部变量和实现函数调用的栈
环境变量和命令行参数
程序使用的动态库的代码
用于映射文件内容的区域
由此可以看到进程的虚拟内存空间会被分成不同的若干区域,每个区域都有其相关的属性和用途,一个合法的地址总是落在某个区域当中的,这些区域也不会重叠。在linux内核中,这样的区域被称之为虚拟内存区域(virtual memory areas),简称vma。一个vma就是一块连续的线性地址空间的抽象,它拥有自身的权限(可读,可写,可执行等等) ,每一个虚拟内存区域都由一个相关的struct vm_area_struct结构来描述
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进程的若干个vma区域都得按一定的形式组织在一起,这些vma都包含在进程的内存描述符中,也就是struct mm_struct中,这些vma在mm_struct以两种方式进行组织,一种是链表方式,对应于mm_struct中的mmap链表头,一种是红黑树方式,对应于mm_struct中的mm_rb根节点,和内核其他地方一样,链表用于遍历,红黑树用于查找。
下面以文件映射为例,来阐述文件的address_space和与其建立映射关系的vma是如何联系上的。首先来看看struct address_space中与vma相关的变量
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与此同时,struct file和struct inode中都包含有一个struct address_space的指针,分别为f_mapping和i_mapping。struct file是一个特定于进程的数据结构,而struct inode则是一个特定于文件的数据结构。每当进程打开一个文件时,都会将file->f_mapping设置到inode->i_mapping,下图则给出了文件和与其建立映射关系的vma的联系
下面来看几个vma的基本操作函数,这些函数都是后面实现具体功能的基础
find_vma()用来寻找一个针对于指定地址的vma,该vma要么包含了指定的地址,要么位于该地址之后并且离该地址最近,或者说寻找第一个满足addr<vma_end的vma
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当一个新区域被加到进程的地址空间时,内核会检查它是否可以与一个或多个现存区域合并,vma_merge()函数在可能的情况下,将一个新区域与周边区域进行合并。参数:
mm:新区域所属的进程地址空间
prev:在地址上紧接着新区域的前面一个vma
addr:新区域的起始地址
end:新区域的结束地址
vm_flags:新区域的标识集
anon_vma:新区域所属的匿名映射
file:新区域映射的文件
pgoff:新区域映射文件的偏移
policy:和NUMA相关
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vma_adjust会执行具体的合并调整操作
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insert_vm_struct()函数用于插入一块新区域
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在创建新的vma区域之前先要寻找一块足够大小的空闲区域,该项工作由get_unmapped_area()函数完成,而实际的工作将会由mm_struct中定义的辅助函数来完成。根据进程虚拟地址空间的布局,会选择使用不同的映射函数,在这里考虑大多数系统上采用的标准函数arch_get_unmapped_area();
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