《Linux内核设计与实现》学习【10】—— 进程地址空间

  进程地址空间：系统中每个用户空间进程所看到的内存。

1 地址空间

进程地址空间由进程可寻址的虚拟内存组成。特点：
  1）平坦的：地址空间范围是一个独立的连续区间
  2）寻址范围：4GB虚拟内存（32位地址空间中），可以被合法访问的地址空间称为内存区域。如果一个进程访问了不在有效范围中的内存区域，或以不正确的方式访问了有效地址，那么内核就会终止该进程，并返回“段错误”信息。
  3）内存区域可包含的对象：

• 可执行文件代码的内存映射称为代码段。（text section）
• 可执行文件的已初始化全局变量的内存映射，称为数据段。（data section）
• 包含未初始化全局变量，也就是bss段的零页的内存映射。
• 用于进程用户空间栈的零页的内存映射
• 每一个诸如C库或动态连接程序等共享库的代码段、数据段和bss也会被载入进程的地址空间
• 任何内存映射文件
• 任何共享内存段
• 任何匿名的内存映射，比如由malloc()分配的内存

2 内存描述符

内存描述符由mm_struct结构体表示，定义在文件<linux/sched.h>中。
操作

#define allocate_mm()    (kmem_cache_alloc(mm_cachep, GFP_KERNEL))
#define free_mm(mm)    (kmem_cache_free(mm_cachep, (mm)))

3 内存区域

  内存区域在linux中也被称为虚拟内存区域(VMA)，由vm_area_struct描述，描述了进程地址空间上一段连续的内存范围，定义在linux/mm_types.h中。
  操作函数由vm_operations_struct结构体表示。

struct vm_operations_struct {
    void (*open)(struct vm_area_struct * area);  
    void (*close)(struct vm_area_struct * area); 
    int (*fault)(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf); 
    int (*page_mkwrite)(struct vm_area_struct *vma, struct vm_fault *vmf);
    int (*access)(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr,
              void *buf, int len, int write);
#ifdef CONFIG_NUMA
    int (*set_policy)(struct vm_area_struct *vma, struct mempolicy *new);
    struct mempolicy *(*get_policy)(struct vm_area_struct *vma,
                    unsigned long addr);
    int (*migrate)(struct vm_area_struct *vma, const nodemask_t *from,
        const nodemask_t *to, unsigned long flags);
#endif
};

  实际使用中的内存区域可以使用/proc文件系统和pmap工具，查看给定进程的内存空间和其中所含的内存区域。

cat /proc/<pid>/maps
pmap <pid>

4 操作内存区域

内存区域

//在<mm/mmap.c>中
//在指定的地址空间中搜索第一个vm_end大于addr的内存区域
struct vm_area_struct * find_vma(struct mm_struct * mm, unsigned long addr);

struct vm_area_struct * find_vma_prev(struct mm_struct * mm, unsigned long addr,
                         struct vm_area_struct **pprev);

static inline struct vm_area_struct * find_vma_intersection(struct mm_struct * mm, unsigned long start_addr, unsigned long end_addr)

地址区间

//创建一个新的线性地址空间
static inline unsigned long do_mmap(struct file *file, unsigned long addr,
    unsigned long len, unsigned long prot,
    unsigned long flag, unsigned long offset)

//从特定的进程地址空间中删除指定地址区间
int do_munmap(struct mm_struct *, unsigned long, size_t);