淺析Linux進程的內存管理
作者：布道師Peter
一個進程的虛擬地址空間主要由兩個數據結來描述，一個是 mm_struct，一個是 vm_area_structs。
本文轉載自微信公眾號「人人都是極客」，作者布道師Peter。轉載本文請聯系人人都是極客公眾號。
幾個關鍵的數據結構
一個進程的虛擬地址空間主要由兩個數據結來描述，一個是 mm_struct，一個是 vm_area_structs。
mm_struct結構描述了一個進程的整個虛擬地址空間，vm_area_truct描述了虛擬地址空間的一個區間(簡稱虛擬區)。下圖就是我們所說的由task_struct到mm_struct，進程的地址空間的分布。
每一個進程都會有自己獨立的mm_struct，這樣每一個進程都會有自己獨立的地址空間，這樣才能互不干擾。當進程之間的地址空間被共享的時候，我們可以理解為這個時候是多個進程使用一份地址空間，這就是線程。
- struct mm_struct
- {
- struct vm_area_struct *mmap; //指向虛擬區間(VMA)鏈表
- struct rb_root mm_rb; //指向red_black樹
- struct vm_area_struct *mmap_cache; //找到最近的虛擬區間
- 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; //擁有該結構體的進程的虛擬地址空間的大小
- unsigned long cached_hole_size;
- unsigned long free_area_cache;
- pgd_t *pgd; //指向頁全局目錄
- atomic_t mm_users; //用戶空間中有多少用戶
- atomic_t mm_count; //對"struct mm_struct"有多少引用
- int map_count; //虛擬區間的個數
- struct rw_semaphore mmap_sem;
- spinlock_t page_table_lock; //保護任務頁表和mm->rss
- struct list_head mmlist; //所有活動mm的鏈表
- 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; //代碼段的開始start_code ，結束end_code，數據段的開始start_data，結束end_data
- unsigned long start_brk,brk,start_stack; //start_brk和brk記錄有關堆的信息，start_brk是用戶虛擬地址空間初始化，brk是當前堆的結束地址，start_stack是棧的起始地址
- unsigned long arg_start,arg_end,env_start,env_end; //參數段的開始arg_start，結束arg_end，環境段的開始env_start，結束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;
- }
分配的每個虛擬內存區域都由一個vm_area_struct 數據結構來管理，包括虛擬內存的起始和結束地址，以及內存的訪問權限等，通常命名為vma;vm_area_struct 數據結構的定義如下：
- struct vm_area_struct {
- /* The first cache line has the info for VMA tree walking.
- 第一個緩存行具有VMA樹移動的信息*/
- 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
- 每個任務的VM區域的鏈接列表，按地址排序*/
- struct vm_area_struct *vm_next, *vm_prev;
- struct rb_node vm_rb;
- /*
- 此VMA左側最大的可用內存間隙（以字節為單位）。
- 在此VMA和vma-> vm_prev之間，
- 或者在VMA rbtree中我們下面的一個VMA與其->vm_prev之間。
- 這有助于get_unmapped_area找到合適大小的空閑區域。
- */
- unsigned long rb_subtree_gap;
- /* Second cache line starts here.
- 第二個緩存行從這里開始*/
- struct mm_struct *vm_mm; /* 我們所屬的address space*/
- pgprot_t vm_page_prot; /* 此VMA的訪問權限 */
- unsigned long vm_flags; /* Flags, see mm.h. */
- /*
- 對于具有地址空間（address apace）和后備存儲(backing store)的區域，
- 鏈接到address_space->i_mmap間隔樹，或者鏈接到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;
- /*
- 在其中一個文件頁面的COW之后，文件的MAP_PRIVATE vma可以在i_mmap樹和anon_vma列表中。
- MAP_SHARED vma只能位于i_mmap樹中。
- 匿名MAP_PRIVATE，堆棧或brk vma（帶有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*/
- /* 用于處理此結構體的函數指針 */
- const struct vm_operations_struct *vm_ops;
- /* 后備存儲（backing store）的信息: */
- unsigned long vm_pgoff; /* 以PAGE_SIZE為單位的偏移量（在vm_file中），*不是* PAGE_CACHE_SIZE*/
- struct file * vm_file; /* 我們映射到文件（可以為NULL）*/
- void * vm_private_data; /* 是vm_pte（共享內存） */
- #ifndef CONFIG_MMU
- struct vm_region *vm_region; /* NOMMU映射區域 */
- #endif
- #ifdef CONFIG_NUMA
- struct mempolicy *vm_policy; /* 針對VMA的NUMA政策 */
- #endif
- };
小實驗
- insmod test.ko pid_mem=3253 顯示各個vma區域
- cat /proc/3253/maps 顯示各個vma區域
看下兩種方式的對比：
責任編輯：武曉燕
來源：
人人都是極客
