进程地址空间

内核除了管理本身的内存外，还要管理进程的地址空间--系统中用户空间进程看到的内存。Linux操作系统采用虚拟地址方式，所有进程采用虚拟方式访问内存。即使一个单独的进程，拥有的地址空间远远大于系统物理内存。进程的地址空间由每个线性地址区域组成。每个进程都有唯一的地址空间，互不干涉。两个不同的进程在各自的地址空间存放数据。当然，进程之间可以共享数据，我们称之为线程。内存地址是一个给定的值，他在地址空间范围之内。进程只能访问有效范围的地址。

内存描述符：内核使用内存描述符结构体表示进程的地址空间，该结构描述了和进程地址空间有关的全部信息。内存描述符由mm_struct结构体表示，定义在文件<linux/sched.h>。mm_users域记录使用当前地址空间的进程数目。

mmap和mm_rb两个数据结构描述的对象是相同的：地址空间内所有内存。但是mmap是以链表的方式存放，mm_rb是以红黑树的形式存放。红黑树是一种二叉树，其时间复杂度为O(logn)。内核会选一种一种数据结构存放数据。mmap结构体作为链表结构体简单，便于查找，删除，遍历数据。而mm_rb结构体作为红黑树适合搜索指定元素。

分配内存描述符：mm_域存放着该进程使用的内存描述符。每个进程都有唯一的mm_struct结构体，即唯一的进程地址空间。当父进程和子进程共享地址空间时，我们称这样的进程为线程。是否共享内存空间，是判断进程和linux线程的唯一区别。对linux内核来讲，并不区分进程线程，线程对系统来讲仅仅是内存地址空间资源共享的进程而已。

销毁内存描述符：当进程退出时，调用exit_mm()函数。

mm_struct结构体和内核线程：内核线程没有内存地址空间，也没有内存描述符，所以线程相对的进程没有mm域，即mm域为空。其实这也是内核线程的真实意义，没有上下文用户。即便没有了内存地址空间，没有内存描述符，但内核线程访问内核时还是需要一些数据的，如页表。当一个内核线程被调度时，内核发现他的mm域为空，则自动保存前一个进程的地址空间。如果需要，进程便会使用前一个进程的页表。

内存区域：内存区域由VM_area_struct结构体描述，定义在<linux/mm.h>文件中。内存区域在内核中也经常被称为虚拟地址区域或者VMA。每个内存描述符都对应一个内存描述空间，vm_start对应内存空间的起始，vm_end对应内存空间的尾，(属于内存区间外)，vm_start-end_end 就是内存空间的大小。

VMA标志：是一种位标志，包含在vm_flag域内，标志了内存区域的所包含的页面行为和信息。VM_READ,VM_WRITE,VM_EXEC标志了页面的读，写，可执行。

内存区域的树形结构和链表结构：通过内存描述符中的mmap和mm_rb域之一访问内存，其实他们包含相同的vm_area_struct结构体，只是组织方式不同。

mmap使用链表连接所有内存对象。vm_area_struct结构体通过vm_next连入链表。mmap域指向第一个内存区域，链中最后一个结构体VM指向空。

mm_rb使用红黑树连接所有的内存对象。红黑树的所有节点都尊崇：左边节点值小于右边节点值；每个节点都被分配为红色或者黑色。分配的规则：根节点为红色，红节点的子节点为黑色。并且树中的任何一条节点到叶子节点的路径包含相同数目的黑节点。