Linux 内核 mmu_notifier 与 mmu_interval_notifier机制详解

1. 背景与意义

1.1 虚拟内存与设备协作的挑战

在现代操作系统中，虚拟内存（VM）为进程提供了独立、连续的地址空间，并通过页表（Page Table）实现虚拟地址到物理地址的映射。随着虚拟化（如 KVM）、异构计算（如 GPU/FPGA 直连）、高性能网络（如 RDMA）等场景的普及，越来越多的设备需要直接访问用户进程的虚拟地址空间，实现高效的数据共享和“零拷贝”访问。

然而，进程的虚拟地址空间是动态变化的，可能随时发生如下事件：

• 内存区域被 munmap()、mremap()、mprotect() 等系统调用修改或释放；

• 页表项被回收、迁移、换出（swap out）；

• 物理页被迁移到设备私有内存（如 GPU 显存）或回迁到系统内存；

• 进程退出，整个地址空间被销毁。

如果设备端（如 GPU 页表、DMA 映射等）不能及时感知这些变化，可能导致数据不一致、非法访问、内存泄漏甚至系统崩溃。

1.2 mmu_notifier 与 mmu_interval_notifier 的作用

为了解决上述问题，Linux 内核引入了 mmu_notifier 和 mmu_interval_notifier 机制，允许设备驱动注册回调函数，在进程虚拟地址空间发生变化时获得通知，从而实现设备页表、DMA