Linux内存管理(7):用户态进程地址空间管理

本文介绍了Linux系统中用户态进程地址空间的管理,包括mm_struct和vm_area_struct两个关键数据结构,以及内存映射、堆区管理和缺页异常处理。mm_struct表示进程的内存描述符,vm_area_struct描述进程的虚拟内存区域。内存映射涉及mmap、munmap和mremap系统调用。堆区管理主要依赖malloc等函数,通过brk系统调用调整堆大小。缺页异常处理是当访问未映射虚拟内存时,通过内核机制分配物理页并建立映射。

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        前面介绍的基于线性映射SLAB/SLUB内核内存对象管理,以及基于分页映射的持久内核映射、临时内核映射和非连续内存管理。它们都有一个共同点:这些内存管理方法的使用者都是内核本身。而本节所要描述的是面向用户态程序的内核管理,称为进程地址空间管理。

        用户态的内存管理很大程度上是内核外面的runtime库完成的,如malloc/free的实现。然而malloc/free所需要的内存资源最终都是通过系统调用从内核申请的,因此,内核在一定程度上相当于runtime库的“后端服务器”,而malloc/free只是一个前端代理。并且,malloc/free面对的只是虚拟地址资源,也就是说,malloc仅仅申请到一块虚拟内存,并没有真正映射到物理内页。物理页是一种宝贵的资源,内核自身的物理内存分配可以即时完成,而用户态进程的物理内存分配时通过"缺页中断"延迟完成的。

一、mm_struct和vm_area_struct

        进程地址空间里二个最重要的数据结构是mm_struct和vm_struct

1)进程内存描述符:mm_struct

        每一个进程(包括普通进程和内核线性)用一个进程描述符task_struct来表示

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