malloc实现

malloc实现

几个问题

malloc()函数是C语言中内存分配函数，

• malloc()函数返回的内存是否马上就分配物理内存？
• 如果不考虑libc，malloc分配100Byte，那么实际上内核是为其分配100Byte吗？
• vm_normal_page()函数返回的什么样的页面的struct page数据结构？为什么内存管理代码中需要这个函数？
• get_user_page()函数的作用和实现流程。
• follow_page()函数的作用和实现流程。

malloc()

malloc()函数是C函数库封装的一个核心函数，C函数库会做一些处理后调用Linux内核系统去调用brk系统调用。它们之间的关系可以这样理解：把malloc()想象成零售，brk就是它的代理商。malloc函数的实现为用户进程维护一个本地小仓库，当进程需要使用更多的内存时就要向这个小仓库要货，小仓库存货不足时就通过代理商brk向内核批发。

brk实现

brk系统调用只有一个参数，即新的堆顶地址。实现在<mm/mmap.c>中。

看代码真是一个有趣但又痛苦的过程。由于代码量太大，所以这里只写一下流程，具体代码自行阅读吧。

brk()函数实现流程：

1. 如果新边界等于老边界，则转入5

2. 如果新边界小于老边界，则调用do_munmap()释放多余的空间

3. 如果新边界大于老边界，则首先调用find_vma_intersection()函数检测将要扩展的区域是否被占用

4. 调用do_brk进行真正的操作

   i. 检测将要新增的VMA区域是否可用
   ii. 调用find_vma_links()循环遍历用户进程红黑树中的VMAs，根据addr找到最合适的插入位置
   iii. 检测是否可以与相邻区域合并合并，若可以合并，则直接进行合并操作
   iiii. 若无法合并，则创建新的VMA，初始化并加入到链表和红黑树中
   iiiii. 更新mm_struct中的统计字段

5. 如果设置了VM_LOCKED标志，则表示需要马上分配物理页面，调用mm_populate()函数

   i. 直接调用__mm_populate()
   ii. 遍历范围内所有的VMAs，找到VMA调用populate_vma_page_range()函数做进一步处理
   iii. 调整设定gup_flags，调用__get_user_pages()函数
   a. 找到VMA，然后调用follow_page_mask()查看VMA中的虚拟页面是否已经分配了物理页面
   b. 若没有分配物理页面，则调用faultin_page()函数，进而调用到handle_mm_fault()来人为的触发一个缺页中断
   c. 循环遍历参数范围内的所有page

6. 一切顺利，返回传入的brk参数

在学习c语言过程中，malloc函数是很经典的函数，使用起来也很简单便捷，可是内核的实现可真心不简单啊。

brk中涉及内存管理中的几个重要函数

1.get_user_pages()

2.follow_page()

3.vm_normal_page()