Linux进程的内存管理

迈不过友情╰ 2022-10-23 00:58 241阅读 0赞

## 几个关键的数据结构 ##

一个进程的虚拟地址空间主要由两个数据结来描述，一个是 mm\_struct，一个是 vm\_area\_structs。

*  mm\_struct结构描述了一个进程的整个虚拟地址空间，vm\_area\_truct描述了虚拟地址空间的一个区间（简称虚拟区）。下图就是我们所说的由task\_struct到mm\_struct，进程的地址空间的分布。

![66fd0cdb4a988f8e0f93d659208add20.png][]

每一个进程都会有自己独立的mm\_struct，这样每一个进程都会有自己独立的地址空间，这样才能互不干扰。当进程之间的地址空间被共享的时候，我们可以理解为这个时候是多个进程使用一份地址空间，这就是线程。

struct mm_struct
    {
         struct vm_area_struct *mmap;    //指向虚拟区间(VMA)链表
         struct rb_root mm_rb;           //指向red_black树
         struct vm_area_struct *mmap_cache;    //找到最近的虚拟区间
    
         unsigned long(*get_unmapped_area)(struct file *filp,unsigned long addr,unsigned long len,unsigned long pgoof,unsigned long flags);
    
         void (*unmap_area)(struct mm_struct *mm,unsigned long addr);
    
         unsigned long mmap_base;
    
         unsigned long task_size;   //拥有该结构体的进程的虚拟地址空间的大小
         unsigned long cached_hole_size;
         unsigned long free_area_cache;
    
         pgd_t *pgd;  //指向页全局目录
    
         atomic_t mm_users;         //用户空间中有多少用户
         atomic_t mm_count;         //对"struct mm_struct"有多少引用
    
         int map_count;            //虚拟区间的个数
         struct rw_semaphore mmap_sem;
         spinlock_t page_table_lock;       //保护任务页表和mm->rss
    
         struct list_head mmlist;          //所有活动mm的链表
         mm_counter_t _file_rss;
         mm_counter_t _anon_rss;
         unsigned long hiwter_rss;
         unsigned long hiwater_vm;
    
    
         unsigned long total_vm,locked_vm,shared_vm，exec_vm;
         usingned long stack_vm,reserved_vm,def_flags,nr_ptes;
    
         unsingned long start_code,end_code,start_data,end_data;  //代码段的开始start_code ，结束end_code，数据段的开始start_data，结束end_data
    
         unsigned long start_brk,brk,start_stack;    //start_brk和brk记录有关堆的信息，start_brk是用户虚拟地址空间初始化，brk是当前堆的结束地址，start_stack是栈的起始地址
    
         unsigned long arg_start,arg_end,env_start,env_end;     //参数段的开始arg_start，结束arg_end，环境段的开始env_start，结束env_end
         unsigned long saved_auxv[AT_VECTOR_SIZE]；
    
         struct linux_binfmt *binfmt;
    
         cpumask_t cpu_vm_mask;
         mm_counter_t context;
         unsigned int faultstamp;
         unsigned int token_priority;
         unsigned int last_interval;
    
         unsigned long flags;
         struct core_state *core_state;
    }

*  分配的每个虚拟内存区域都由一个vm\_area\_struct 数据结构来管理，包括虚拟内存的起始和结束地址，以及内存的访问权限等，通常命名为vma；vm\_area\_struct 数据结构的定义如下：

![71a0467d816fb59ee0f1879ca9dbaddc.png][]

struct vm_area_struct {
     /* The first cache line has the info for VMA tree walking. 
     第一个缓存行具有VMA树移动的信息*/
     
     unsigned long vm_start;  /* Our start address within vm_mm. */
     unsigned long vm_end;  /* The first byte after our end address within vm_mm. */
     
     /* linked list of VM areas per task, sorted by address
     每个任务的VM区域的链接列表，按地址排序*/
     struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;
     
     struct rb_node vm_rb;
     
     /*
      此VMA左侧最大的可用内存间隙（以字节为单位）。 
      在此VMA和vma-> vm_prev之间，
      或者在VMA rbtree中我们下面的一个VMA与其->vm_prev之间。 
      这有助于get_unmapped_area找到合适大小的空闲区域。
      */
     unsigned long rb_subtree_gap;
     
     /* Second cache line starts here. 
     第二个缓存行从这里开始*/
     
     struct mm_struct *vm_mm; /* 我们所属的address space*/
     pgprot_t vm_page_prot;  /* 此VMA的访问权限 */
     unsigned long vm_flags;  /* Flags, see mm.h. */
     
     /*
      对于具有地址空间（address apace）和后备存储(backing store)的区域，
      链接到address_space->i_mmap间隔树，或者链接到address_space-> i_mmap_nonlinear列表中的vma。
      */
     union {
      struct {
       struct rb_node rb;
       unsigned long rb_subtree_last;
      } linear;
      struct list_head nonlinear;
     } shared;
     
     /*
      在其中一个文件页面的COW之后，文件的MAP_PRIVATE vma可以在i_mmap树和anon_vma列表中。
      MAP_SHARED vma只能位于i_mmap树中。 
      匿名MAP_PRIVATE，堆栈或brk vma（带有NULL文件）只能位于anon_vma列表中。
      */
     struct list_head anon_vma_chain; /* Serialized by mmap_sem & * page_table_lock
              由mmap_sem和* page_table_lock序列化*/
     struct anon_vma *anon_vma; /* Serialized by page_table_lock 由page_table_lock序列化*/
     
     /* 用于处理此结构体的函数指针 */
     const struct vm_operations_struct *vm_ops;
     
     /* 后备存储（backing store）的信息: */
     unsigned long vm_pgoff;  /* 以PAGE_SIZE为单位的偏移量（在vm_file中），*不是* PAGE_CACHE_SIZE*/
     struct file * vm_file;  /* 我们映射到文件（可以为NULL）*/
     void * vm_private_data;  /* 是vm_pte（共享内存） */
     
    #ifndef CONFIG_MMU
     struct vm_region *vm_region; /* NOMMU映射区域 */
    #endif
    #ifdef CONFIG_NUMA
     struct mempolicy *vm_policy; /* 针对VMA的NUMA政策 */
    #endif
    };

## 小实验 ##

*  insmod test.ko pid\_mem=3253 显示各个vma区域

![7dc0d407286e26f3784e81d153668c93.png][]

*  cat /proc/3253/maps 显示各个vma区域![52b860ccaf1b4ece3f7e76f4c99f8e28.png][]

看下两种方式的对比：![0bc29b57ee00e84c773505495c335ac4.png][]

![虚线阴影分割线][e990883045f6644d2d823aeebce679b9.png]

![6bd55edc748eab05521060580152aced.png][]

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